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

A Fully Coupled Particle Method For Quasi Incompressible Fluid-Hypoelastic Structure Interactions

We present a general formulation for the simulation of fluid flows in interation with hypoelastic materials using the particle finite element method (PFEM). The fluid is fully coupled with the structures which can undergo large structural displacements, rotations and 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, expresed in an integral form, are solved as in the standard FEM. The implemented code is used to solve a number of fluid-structure interaction problems including free-fluid surfaces and breaking waves impacting over hypoelastic structures.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; ArgentinaFil: Calvo, Nestor Alberto. 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: D'elia, Jorge. 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

Elemental Enriched Spaces for the Treatment of Weak and Strong Discontinuous Fields

This paper presents a finite element that incorporates weak, strong and both weak plus strong discontinuities with linear interpolations of the unknown jumps for the modeling of internal interfaces. The new enriched space is built by subdividing each triangular or tetrahedral element in several standard linear sub-elements. The new degrees of freedom coming from the assembly of the sub-elements can be eliminated by static condensation at the element level, resulting in two main advantages: first, an elemental enrichment instead of a nodal one, which presents an important reduction of the computing time when the internal interface is moving all around the domain and second, an efficient implementation involving minor modifications allowing to reuse existing finite element codes. The equations for the internal interface are constructed by imposing the local equilibrium between the stresses in the bulk of the element and the tractions driving the cohesive law, with the proper equilibrium operators to account for the linear kinematics of the discontinuity. To improve the continuity of the unknowns on both sides of the elements on which a static condensation is done, a contour integral has been added. These contour integrals named inter-elemental forces can be interpreted as a “do nothing” boundary condition (Coppola-Owen and Codina, 2011) published in another context, or as the usage of weighting functions that ensure convergence of the approach as proposed by J.C. Simo (Simo and Rifai, 1990). A series of numerical tests for scalar unknowns as a simple representation of more general numerical simulations are presented to illustrate the performance of the enriched elemental space.Fil: Idelsohn, Sergio Rodolfo. Centre Internacional de Mètodes Numèrics en Enginyeria; España. Institució Catalana de Recerca i Estudis Avancats; EspañaFil: Gimenez, Juan Marcelo. 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. Universidad Nacional del Litoral. Facultad de Ingeniería y Ciencias Hídricas; ArgentinaFil: Marti, Julio. Universidad Politecnica de Catalunya; España. Centre Internacional de Mètodes Numèrics en Enginyeria; EspañaFil: Nigro, Norberto Marcelo. Universidad Nacional del Litoral. Facultad de Ingeniería y Ciencias Hídricas; Argentina. 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; Argentin

A unified symmetrical formulation for interactions between elastic solids and incompressible fluids

Variational methods have long been a fundamental tool in the development of mathematical physics. This is a particularly true in the field of mechanics, where they allow physical and geometrical features of the problem in question-such as kinematical and constitutive relations, initial and boundary conditions, including the description of discontinuities-as well as the relationsships among them, to be incorporated in one single expression. Very importantly, such formulations have the additional advantage of leading naturally to methods for the approximate computational solution of the underlyng problems as well as the study of existence and uniqueness of solutions and the estimation of errors incurred by numerical approximations. This book contains seventeen articles authored by internationally renowned specialists who have devoted their research activities to the modelling and implementation of numerical methods for the solution of various problems of relevance in mechanics. Te common element to all papers presented in this book is the use of variational formulations and variational calculus.Fil: 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: Oñate, Eugenio. Universidad Politécnica de Catalunya; EspañaFil: 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; Argentin

A fast and accurate method to solve the incompressible Navier-Stokes equations

Purpose: The purpose of this paper is to highlight the possibilities of a novel Lagrangian formulation in dealing with the solution of the incompressible Navier-Stokes equations with very large time steps. Design/methodology/approach: The design of the paper is based on introducing the origin of this novel numerical method, originally inspired on the Particle Finite Element Method (PFEM), summarizing the previously published theory in its moving mesh version. Afterwards its extension to fixed mesh version is introduced, showing some details about the implementation. Findings: The authors have found that even though this method was originally designed to deal with heterogeneous or free-surface flows, it can be competitive with Eulerian alternatives, even in their range of optimal application in terms of accuracy, with an interesting robustness allowing to use large time steps in a stable way. Originality/value: With this objective in mind, the authors have chosen a number of benchmark examples and have proved that the proposed algorithm provides results which compare favourably, both in terms of solution time and accuracy achieved, with alternative approaches, implemented in in-house and commercial codes.Fil: Idelsohn, Sergio Rodolfo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Santa Fe. Instituto de Desarrollo Tecnológico para la Industria Química (i); ArgentinaFil: Nigro, Norberto Marcelo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Santa Fe. Instituto de Desarrollo Tecnológico para la Industria Química (i); ArgentinaFil: Gimenez, Juan Marcelo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico. Centro de Investigación de Métodos Computacionales; ArgentinaFil: Rossi, Riccardo. Universidad Politecnica de Catalunya; EspañaFil: Marti, Julio Marcelo. Universidad Politecnica de Catalunya; Españ

Unified lagrangian formulation for elastic solids and incompressible fluids. application to fluid-structure interaction problems via the PFEM

We present a general Lagrangian formulation for treating elastic solids and quasi/fully incompressible fluids in a unified form. The formulation allows to treat solid and fluid subdomains in a unified manner in fluid–structure interaction (FSI) situations. In our work the FSI problem is solved via the particle finite element method (PFEM). The PFEM is an effective technique for modeling complex interactions between floating and submerged bodies and free surface flows, accounting for splashing of waves, large motions of the bodies and frictional contact conditions.Fil: 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; Argentina. Universidad Politecnica de Catalunya; EspañaFil: 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: 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: Oñate, E.. Universidad Politecnica de Catalunya; Españ

Redox potential determines the reaction mechanism of HNO donors with Mn and Fe porphyrins: Defining the better traps

Azanone (1HNO, nitroxyl) is a highly reactive molecule with interesting chemical and biological properties. Like nitric oxide (NO), its main biologically related targets are oxygen, thiols, and metalloproteins, particularly heme proteins. As HNO dimerizes with a rate constant between 106 and 107 M-1 s-1, reactive studies are performed using donors, which are compounds that spontaneously release HNO in solution. In the present work, we studied the reaction mechanism and kinetics of two azanone donors Angelís Salt and toluene sulfohydroxamic acid (TSHA) with eight different Mn porphyrins as trapping agents. These porphyrins differ in their total peripheral charge (positively or negatively charged) and in their MnIII/MnII reduction potential, showing for each case positive (oxidizing) and negative (reducing) values. Our results show that the reduction potential determines the azanone donor reaction mechanism. While oxidizing porphyrins accelerate decomposition of the donor, reducing porphyrins react with free HNO. Our results also shed light into the donor decomposition mechanism using ab initio methods and provide a thorough analysis of which MnP are the best candidates for azanone trapping and quantification experiments.Fil: Álvarez, Lucía. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía; Argentina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Departamento de Química Inorgánica, Analítica y Química Física; ArgentinaFil: Suarez, Sebastian. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía; Argentina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Departamento de Química Inorgánica, Analítica y Química Física; ArgentinaFil: Bikiel, Damian Ezequiel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía; Argentina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Departamento de Química Inorgánica, Analítica y Química Física; ArgentinaFil: Reboucas, Julio S.. Universidade Federal da Paraiba; BrasilFil: Batini Haberle, Ines. Duke University Medical School; Estados UnidosFil: Marti, Marcelo Adrian. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía; Argentina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Departamento de Química Inorgánica, Analítica y Química Física; ArgentinaFil: Doctorovich, Fabio. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía; Argentina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Departamento de Química Inorgánica, Analítica y Química Física; Argentin