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Master's Dissertation
DOI
10.11606/D.3.2006.tde-19092006-111325
Document
Author
Full name
Marcio Michiharu Tsukamoto
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Paulo, 2006
Supervisor
Committee
Nishimoto, Kazuo (President)
Lemos, Marcelo José Santos de
Meneghini, Julio Romano
Title in Portuguese
Desenvolvimento do método de partículas na representação de corpos flutuantes em ondas altamente não-lineares.
Keywords in Portuguese
Método de partículas
Método lagrangeano
Método MPS
Modelagem sem malha
Simulação numérica
Superfície livre
Abstract in Portuguese
O método numérico para fluidos incompressíveis desenvolvido no presente estudo é o Moving Particle Semi-Implicit Method (MPS) que enxerga o domínio discretizado em partículas, é baseado em representação lagrangeana e não tem a necessidade de utilização de malhas. O método MPS tem como equações governantes uma forma particular da equação de Navier-Stokes e a equação da continuidade para fluidos incompressíveis e não viscosos. Os métodos de simulação de fluidos mais comumente utilizados são baseados em representação euleriana e utilizam malhas para descrever a geometria do domínio a ser simulado. Devido a essas diferenças, uma das grandes virtudes do método de partículas é a facilidade de investigação de fenômenos altamente não-lineares como o de superfície livre com quebra de ondas, de líquidos no interior de uma embarcação em movimento, de ondas batendo na parte externa do casco de um navio, etc. Em artigos já publicados, resultados de experimentos físicos mostraram boa aderência aos resultados numéricos de simulações realizadas com o método MPS. No presente trabalho, resultados das forças de excitação das simulações com ondas regulares foram comparados com os resultados do programa Wave Analysis MIT (WAMIT) que é um programa consagrado no meio científico. Houve uma boa concordância de resultados entre os dois programas. A otimização do cálculo de vizinhança forneceu uma grande economia de tempo computacional. A maior contribuição deste estudo foi a otimização da função que resolve o sistema linear implementando no código desenvolvido um código paralelizado de uso público existente chamado Portable, Extensible Toolkit for Scientific Computation (PETSc) que proporcionou um bom ganho de desempenho.
Title in English
Development of particle method representing floating bodies with highly non-linearwaves.
Keywords in English
Free surface
Gridless method
Lagrangian method
MPS method
Numerical simulation
Particle method
Abstract in English
A numerical method called Moving Particle Semi-implicit (MPS) method was developed in this study to analyze incompressible fluids. It is a particle method using a lagrangean representation without any grid. The governing equations are the Navier-Stokes equation and continuity equation for incompressible and non-viscous flow. Most of the computational fluid dynamics (CFD) methods are based on eulerian representation and use grids to describe the geometry of the simulated domain. These differences make the MPS method easier to analyze highly nonlinear phenomena as free surface with wave breaking, sloshing, slamming, etc. In previously published articles, results of physical experiments had shown good agreement with the numerical results obtained with MPS method. In the present work, results of exciting forces were compared with the results obtained with a validated program called Wave Analysis MIT (WAMIT). It had a good agreement of results between these two programs. The optimization of the neighborhood calculation function got a good economy of computational time. The greatest contribution of this study was the optimization of the linear system solver. It was made implementing in the developed code a parallelized public code called Portable, Extensible Toolkit for Scientific Computation (PETSc) that provided a good performance profit.
 
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Publishing Date
2006-11-17
 
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