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Uno de los temas de interés entre los usuarios de COMSOL Multiphysics es su capacidad para modelar problemas de interacción fluido-estructura (conocidos en inglés por sus siglas FSI). Efectivamente COMSOL ofrece muchas posibilidades para modelar este tipo de problemas y varios de sus módulos posibilitan este tipo de análisis.
FSI es un acoplamiento multifísico entre las leyes que describen la dinámica de fluidos y la mecánica de estructuras. Este fenómeno se caracteriza por interacciones – que pueden ser estables u oscilatorias – entre una estructura móvil o deformable y un flujo de fluido interno o circundante.
Cuando un flujo de fluido se encuentra con una estructura se ejercen tensiones y deformaciones en el objeto sólido – fuerzas que pueden dar lugar a deformaciones. Estas deformaciones pueden ser bastante grandes o muy pequeñas, dependiendo de la presión y la velocidad del flujo y de las propiedades del material de la estructura real.
Si las deformaciones de la estructura son muy pequeñas y las variaciones con el tiempo son también relativamente pequeñas, el comportamiento del fluido no se verá muy afectado por la deformación y podeos preocuparnos únicamente de las tensiones resultantes en las partes sólidas. Sin embargo, si las variaciones temporales son rápidas, mayores que unos pocos ciclos por segundo, entonces incluso pequeñas deformaciones estructurales darán lugar a ondas de presión en el fluido. Estas ondas de presión dan lugar a radiación de sonido de estructuras vibrantes. Este tipo de problemas puede ser tratado como una interacción acústico-estructural, en lugar de FSI.
Sin embargo, si las deformaciones de la estructura son grandes, los campos de velocidad y de presión del fluido cambiarán como resultado, y necesitaremos tartar el problema como una análisis multifísico bidireccionalmente acoplado: Los campos de flujo de fluido de presión afectan a las deformaciones estructurales, y las deformaciones estructurales afectan al flujo y la presión.
Cuando se modela un problema FSI existen varias asunciones que se pueden realizar con el fin de simplificar la complejidad del modelado y reducir la carga computacional.
Tomamos como ejemplo un modelo completo FSI como el del flujo de fluido alrededor de un cilindro. Un patrón clásico de flujo es la calle de vórtices de von Kárman que se puede formar cuando el fluido fluye pasado un objeto. Estos vórtices pueden inducir vibraciones en el objeto. Este problema involucra una interacción fluido-estructura donde la gran deformación afecta al camino del flujo.
En diseño, se puede desear querer explotar o evitar efectos significativos de interacciones fluido-estructura.
Dispositivos como las bombas peristálticas, por ejemplo, explotan las deformaciones estructurales significativas para bombear suavemente sangre sin perjudicar a las células vivas. Estas bombas son una combinación de tubos flexibles y rodillos rígidos, y el diseñador tiene que preocuparse de las velocidades del fluido, los niveles de cizalladura en el fluido y las tensiones y deformaciones en los tubos.
Si le interesa el tema lea el artículo: “Fluid-Structure Interaction Analysis of a Peristaltic Pump”. El bombeo peristáltico es un problema multifísico inherentemente no lineal donde la deformación del tubo y el fluido bombeado están fuertemente acoplados. En el artículo los autores utilizaron COMSOL Multiphysics para investigar el rendimiento de una bomba peristáltica rotatoria de 180 grados con dos rodillos metálicos y una tubo elastomérico que bombea un fluido Newtoniano viscoso. El modelo captura el flujo peristáltico, las fluctuaciones de flujo que resultan cuando los rodillos engranan y desengranan el tubo, y la interacción de contacto entre los rodillos y el tubo. Utilizaron el modelo para investigar el efecto de las variaciones en el diseño de la bomba como la oclusión del tubo, el diámetro del tubo y la velocidad del rodillo, sobre la tasa de flujo, las fluctuaciones del flujo y el estado de tensión del tubo.
Por otro lado, los mezcladores industriales disponen de piezas móviles, pero los agitadores pueden considerarse esencialmente como piezas rígidas que agitan un fluido. Cuando se analizan estos sistemas, la eficiencia de mezclado es el valor más importante a calcular. Es posible calcular las tensiones en los agitadores, si le interesa al diseñador. Las estructuras sólidas pueden incluso ser tratadas como obstrucciones en el flujo de fluido completamente estacionarias , con el objeto de calcular las tensiones en los materiales sólidos.
Cuando se modelan estos sistemas se dispone de una serie de aproximaciones de modelado apropiadas. Puede ser necesario modelar tanto las ecuaciones de Navier-Stokes para el flujo fluido así como las ecuaciones de mecánica de sólidos de un cuerpo sólido. Las ecuaciones de Navier-Stokes pueden resolverse de varias formas para diferentes regímenes de flujo. Incluso puede ser posible simplificar el modelado del flujo como una película delgada para modelar películas lubricantes. Las estructuras se pueden tratar como rígidas, experimentando pequeñas deflexiones que son despreciables para el problema de flujo de fluido, o teniendo grandes deflexiones que afectan significativamente al flujo del fluido.
La elección apropiada de la combinación de aproximaciones de modelado para cada situación es la clave para resolver los problemas FSI.
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MapleSim 2016 amplía el alcance del modelado con modelado de contacos, neumáticos
Maplesoft a anunciado la comercialización de la nueva versión de MapleSim™, una avanzada plataforma de modelado y simulación a nivel de sistema, junto con importanes actualizaciones de muchas de las librerías de componentes especializados y herramientas de conectividad de la familia de productos de MapleSim.
MapleSim ofrece un enfoque moderno al modelado y simulación físicos, que reduce drásticamente el tiempo de desarrollo del modelo y de análisis a la vez que produce rapidas simulaciones de alta fidelidad. La última versión proporciona una variedad de nuevas funcionalidades que agilizan la experiencia de usuario, amplían el alcance del modelado y refuerzan la conectividad con otras herramientas. Las ampliaciones incluyen cambios en la interfaz para mejorar el flujo de trabajo, nuevas y ampliadas librerías de componentes y extensiones en la conectividad con la cadena de herramientas.
MapleSim 2016 proporciona numerosas mejoras para proporcionar un uso más sencillo y ágil del software. Estas mejoras incluyen paneles de tareas que aparecen automáticamente cuando se necesitan y desaparecen de nuevo para maximizar el espacio de trabajo del modelo, una disposición rediseñada que asegura que las herramientas estén disponibles fácilmente en el momento que son necesitadas y una nueva barra de búsqueda que proporciona un único punto de acceso para búsquedas de páginas de ayuda, librerías de componentes, ejemplos, adjuntos, plantillas y modelos de la galería de modelos de MapleSim.
MapleSim 2016 también incluye una librería de componentes multicuerpo ampliada para soportar modelos de contacto, que cubren una variedad de formas de superficie y permiten a los ingenieros modelar rápidamente contactos entre diferentes objetos en su modelo. Además, viene con una colección de apps preconstruidas que proporcionan acceso del tipo apuntar y hacer clic a potentes herramientas de análisis basadas en Maple desde el propio entorno de MapleSim. Utilizando estas apps, los ingenieros pueden realizar barridos de parámetros, simulaciones de Monte Carlo, generación de código y otros análisis sin ningún conocimiento de Maple.
“MapleSim posibilia un proceso de innovación basado en modelos que permite que nuestros clientes consigan una valiosa percepción de sus diseños además de simulaciones de alta fidelidad," dice el Dr. Laurent Bernardin, Vicepresidente Ejecutivo y Científico Jefe de Maplesoft. “Tanto si escogen trabajar con el equipo de ingeniería de Maplesoft o por ellos mismos, las mejoras de MapleSim 2016 permiten a los ingenieros resolver problemas complejos de ingeniería en menos tiempo, con resultados de alta calidad.”
También se han realizado mejoras en otros miembros de la familia de productos de modelado y simulación de MapleSim. Todas los productos de ampliación y conectores de MapleSim han sido actualizados para aprovechar la potencia computacional de la reciente versión Maple 2016. Además MapleSim CAD Toolbox se ha ampliado para que pueda trabajar con las últimas versiones de las principales herramientasas CAD, y el MapleSim Connector ahora soporta exportación de precisión simple de funciones S de Simulink®.
Como parte de esta versión, Maplesoft también ha introducido un nuevo producto, MapleSim Pneumatics Library de Modelon, que permite a los ingenieros aprovechar la potente librería de componentes, probada por la industria, de Modelon en sus diseños a nivel de sistemas. Esta librería puede ser utilizada en el modelado y simulación de sistemas neumáticos para diseño de sistemas, dimensionado de componentes, diseño de control, con aplicaciones en equipos de construcción, diseño de máquinas, diseño de vehículos comerciales, y otras aplicaciones.
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Ya se ha abierto el plazo de entregas para el concurso de diseño "2015 Create the Future" en www.createthefuturecontest.com.
El 14º concurso anual, esponsorizado entre otros por COMSOL e Intel, es una gran oportunidad para obtener reconocimiento global y un premio de 20.000$ por su nueva idea innovadora de producto. Se puede optar de forma individual o por equipos en siete diferentes categorías.
Hay premios para cada una de las categorías y para los diez diseños más populares según los votos de las personas registradas en el sitio.
Si escoge mandar sus diseños a través del sitio del concurso, éstos serán vistos por los líderes en negocios y tecnologías de todo el mundo que podrán ayudar a comercializar sus ideas.
Entre otras importantes firmas, también soportan este concurso nuestros representados Maplesoft.
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Este ejemplar de COMSOL News recoge el trabajo de los expertos en simulación de un amplio abanico de industrias: Transformadores en ABB, propulsión de naves espaciales de la NASA, muebles en Continuum Blue, y mucho más.
Lea cómo los ingenieros, diseñadores e investigadores crean los mejores diseños y comparten sus conocimientos de simulación con apps de simulación construidas con COMSOL Multiphysics® versión 5.2 y Application Builder.
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La necesidad de anticuerpos de alta afinidad y alta especificidad en investigación y en medicina está dirigiendo el desarrollo de herramientas computacionales para acelerar el diseño y descubrimiento de anticuerpos. Un reciente artículo escrito por investigadores del MIT y Pfizer en el que se informa sobre un conjunto diverso de datos vinculantes de anticuerpos utilizados para evaluar los métodos de modelado de interacciones de anticuerpos, posiciona a BIOVIA Discovery Studio en una alta posición para las predicciones de afinidad computacional.
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Ya se aceptan resúmenes para la conferencia de COMSOL 2016 en Munich.
Le invitamos a presentar su trabajo sobre modelado multifísico y simulación numérica a la conferencia anual de COMSOL en Munich, que tendrá lugar durante los días 12 a 14 de octubre. La presentación en la conferencia le proporcionará la oportunidad de compartir su aproximación innovadora al diseño mediante simulación con ingenieros, investigadores y científicos de todo el mundo.
Fechas destacadas del evento
- Entrega adelantada de resúmenes: 20 de mayo
- Final de entrega de resúmenes: 1 de julio
- Final de entrega de paper/póster: 9 de septiembre
- Registro de autores: 9 de septiembre