General treatment of essential boundary conditions in reduced order models for non-linear problems

Inhomogeneous essential boundary conditions must be carefully treated in the formulation of Reduced Order Models (ROMs) for non-linear problems. In order to investigate this issue, two methods are analysed: one in which the boundary conditions are imposed in an strong way, and a second one in which a weak imposition of boundary conditions is made. The ideas presented in this work apply to the big realm of a posteriori ROMs. Nevertheless, an a posteriori hyper-reduction method is specifically considered in order to deal with the cost associated to the non-linearity of the problems. Applications to nonlinear transient heat conduction problems with temperature dependent thermophysical properties and time dependent essential boundary conditions are studied. However, the strategies introduced in this work are of general application.Fil: Cosimo, Alejandro. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Santa Fe. Centro de Investigaciones en Métodos Computacionales. Universidad Nacional del Litoral. Centro de Investigaciones en Métodos Computacionales; ArgentinaFil: Cardona, Alberto. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Santa Fe. Centro de Investigaciones en Métodos Computacionales. Universidad Nacional del Litoral. Centro de Investigaciones en Métodos Computacionales; ArgentinaFil: Idelsohn, Sergio Rodolfo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Santa Fe. Centro de Investigaciones en Métodos Computacionales. Universidad Nacional del Litoral. Centro de Investigaciones en Métodos Computacionales; Argentina. Institució Catalana de Recerca i Estudis Avancats; España. International Center for Numerical Methods in Engineering; Españ

A Fully Coupled Formulation For Incompressible Fluid-Elastic Structure-Interactions

We present a general formulation for analysis of fluid flows with structural interactions using the particle finite element method (PFEM). The fluids are fully coupled to the structures that can undergo highly non-linear response due to large deformations. The key feature of the PFEM is the use of an updated Lagrangian description to model the motion of nodes(particles) in both the fluid and the structure domains. A mesh connects the nodes defining the discretized domains where the governing equations, expressed in an integral form are solved as in the standard FEM. A fractional step scheme for the transient coupled fluid-structure solution is described. Examples of application of the PFEM method to solve a number of fluidstructure interaction problems including free-fluid-surfaces, breaking waves and fluid particle separation may be easily solved with this formulation are presented.Fil: Marti, Julio Marcelo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Santa Fe. Instituto de Desarrollo Tecnológico para la Industria Química. Universidad Nacional del Litoral. Instituto de Desarrollo Tecnológico para la Industria Química; ArgentinaFil: Idelsohn, Sergio Rodolfo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Santa Fe. Instituto de Desarrollo Tecnológico para la Industria Química. Universidad Nacional del Litoral. Instituto de Desarrollo Tecnológico para la Industria Química; ArgentinaFil: Limache, Alejandro Cesar. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Santa Fe. Instituto de Desarrollo Tecnológico para la Industria Química. Universidad Nacional del Litoral. Instituto de Desarrollo Tecnológico para la Industria Química; Argentin

On The Development Of Finite Volume Methods For Computational Solid Mechanics

Since its initial development as a tool for structural analysis around the mid-fifties the Finite Element Method (FEM) has evolved to become the most popular and used method in modern Computational Solid Mechanics. On the other hand, the Finite Volume Method (FVM) born almost at the same time, has evolved too and become one of the most popular methods in the area of Computational Fluid Mechanics. Both methods have surpassed the historical finite differences method and other discretization methods, and nowadays, researchers typically use one or the other to obtain numerical simulations of all types of physical phenomena. However, although FEM is at present being actively used to solve the equations of compressible and incompressible flows, there are not many works about the usage of FVM in solving the equations of solid materials. The physical flavor, the conservation properties and some properties of reduced integration of the FVM, are advantages that could be very useful in the context of Computational Solid Mechanics as they are in the context of Computational Fluid Mechanics (CFD). In the present work we show our first results in our attempt to develop a Finite Volume Method for Non-linear Solid Mechanics.Fil: Limache, Alejandro Cesar. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Santa Fe. Instituto de Desarrollo Tecnológico para la Industria Química. Universidad Nacional del Litoral. Instituto de Desarrollo Tecnológico para la Industria Química; ArgentinaFil: Idelsohn, Sergio Rodolfo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Santa Fe. Instituto de Desarrollo Tecnológico para la Industria Química. Universidad Nacional del Litoral. Instituto de Desarrollo Tecnológico para la Industria Química; Argentin

Laplace Form Of Navier-Stokes Equations: A Safe Path Or A Wrong Way?

The Navier-Stokes Equations written in Laplace form are often the departure point for the simulation of viscous newtonian flows and some studies of numerical stability. Researchers may not be fully aware that the “physical traction boundary conditions” are not the “natural boundary conditions” of the Laplace form of the Navier-Stokes Equations. This is not a problem per se, as long as one manages to rigurously incorporate the physical boundary conditions into the formulation. However, we have discovered that if some seemenly harmless assumptions are made, like using pseudo-tractions (i.e the natural boundary conditions of the Laplace form) or neglecting viscous terms on the free-surfaces, the resulting formulation violates a basic axiom of continuum mechanics: the principle of objectivity. In the present article we give an accurate account about these topics. We also show that unexpected differences may sometimes arise between Laplace discretizations and Divergence discretizations.Fil: Limache, Alejandro Cesar. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Santa Fe. Instituto de Desarrollo Tecnológico para la Industria Química. Universidad Nacional del Litoral. Instituto de Desarrollo Tecnológico para la Industria Química; ArgentinaFil: Idelsohn, Sergio Rodolfo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Santa Fe. Instituto de Desarrollo Tecnológico para la Industria Química. Universidad Nacional del Litoral. Instituto de Desarrollo Tecnológico para la Industria Química; Argentin

Solución numérica del problema de transmisión de calor con cambio de fase

Este trabajo resume el estado del arte de la solución numérica de los problemas de transmisión de calor con cambio de fase. Su objetivo consiste en presentar algoritmos en función de su capacidad de encarar problemas ingenieriles, dejando de lado los aspectos teóricos referidos a la convergencia de la solución numérica a-la solución matemática clásica del problema. Se detallan las ventajas y desventajas de los diferentes esquemas para que se pueda efectuar la selección del método más conveniente para un problema determinado. Asimismo se indican cuáles son las tendencias de investigación actuales y las posibilidades futuras en el área. Se incluye una serie de ejemplos numéricos para remarcar los aspectos destacables de los métodos tratados en el trabajo.Peer Reviewe

A portable OpenCL-based unstructured edge-based Finite Element Navier-Stokes solver on graphics hardware

The rise of GPUs in modern high-performance systems increases the interest in porting portion of codes to such hardware. The current paper aims to explore the performance of a portable state-of-the-art FE solver on GPU accelerators. Performance evaluation is done by comparing with an existing highly-optimized OpenMP version of the solver. Code portability is ensured by writing the program using the OpenCL 1.1 specifications, while performance portability is sought through an optimization step performed at the beginning of the calculations to find out the optimal parameter set for the solver. The results show that the new implementation can be several times faster than the OpenMP version.Preprin

Integración temporal explícita con grandes pasos de tiempo de la ecuación de transmisión del calor

We present a novel fully explicit time integration method that remains stable for large time steps, requires neither matrix inversions nor solving a system of equations and therefore allows for nearly effort-less parallelization. In this first paper the proposed approach is applied to solve conduction heat transfer problems, showing that it is stable for any time step as is the case with implicit methods but with a much lower computation time.We present a novel fully explicit time integration method that remains stable for large time steps, requires neither matrix inversions nor solving a system of equations and therefore allows for nearly effort-less parallelization. In this first paper the proposed approach is applied to solve conduction heat transfer problems, showing that it is stable for any time step as is the case with implicit methods but with a much lower computation time.Fil: Becker, Pablo Javier. Universitat Politècnica de Catalunya; EspañaFil: Nigro, Norberto Marcelo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Santa Fe. Instituto de Desarrollo Tecnológico para la Industria Química. Universidad Nacional del Litoral. Instituto de Desarrollo Tecnológico para la Industria Química; ArgentinaFil: Idelsohn, Sergio Rodolfo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Santa Fe. Instituto de Desarrollo Tecnológico para la Industria Química. Universidad Nacional del Litoral. Instituto de Desarrollo Tecnológico para la Industria Química; Argentin

Forma simétrica de la condición de contorno absorbente DNL para el problema de la resistencia de ola en barcos

En la ref.' hemos presentado un esquema numérico basado en elementos finitos centrados con condición de contorno absorbente (la cual llamamos DNL, por Discrete Yon-Local) para el problema de la resistencia de ola en barcos. Al no agregar viscosidades numéricas este método da curvas de resistencia en función del Froude mejor definidas y posibilita el cálculo de la resistencia por el balance de flujo de momento a la salida. Sin embargo, debido a la naturaleza de la condición absorbente, el sistema resultante es no simétrico y en principio el sistema lineal resultante presenta ciertas dificultades para la factorización. En este trabajo se describe un método por el cual sólo es necesario factorizar una matriz simétrica y con el mismo ancho de banda que una matriz de elementos finitos típica, con el consecuente ahorro de memoria central (RAM).Peer Reviewe

Modelización del flujo invíscido alrededor de la pala de un aerogenerador mediante el método de los paneles

Se describe la formulación de un modelo computacional para determinar, bajo condiciones invíscidas, el flujo tridimensional alrededor de la pala de una turbina eólica de eje horizontal. Dicho modelo se basa en la representación mediante paneles de una pala rígida, delgada, torsionada y de envergadura finita. A estos paneles se asocian hilos vorticosos rectos, que conforman el sistema ligado a la pala, y un sistema de hilos vorticosos libres, que presentan trayectorias helicoidales de radios no constantes, que determinan una estela de configuración fija. Las velocidades inducidas por el sistema vorticoso completo son calculadas por la aplicación de la ley de Biot-Savart. Se presenta la metodología seguida para el cálculo de las distribuciones de circulación, velocidades inducidas y resultantes y cargas aerodinámicas a lo largo de la envergadura y cuerda de una pala de geometría definida, bajo una determinada condición de viento y rotación uniformes, sin la consideración de los efectos de interferencia.This work describes the formulation of a computational model to detemine, under inviscid conditions, the tri-dimensional flow field around the blade of an horizontal-axis wind turbine. The model is based upon a panel representation of a rigid, thin and twisted blade of finite span.The distribution of circulation is originated by a system of straight bound vortices associated to the blade and a system of free vortex filaments, having helical paths with non-constant radii, that generates a prescribed fixed wake. The velocities induced by that vortex system are calculated by the Biot-Savart law. The methodology followed in order to calculate the span and chordwise distributions of circulation, induced velocities and aerodynamic loads is presented for a blade whose geometry and working conditions are defined, without considering the interference effects.Peer Reviewe

A finite point method for three-dimensional compressible flow

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