Valdes-Vazquez 2007 - Revision history

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Cinmemj: /* Nonlinear Analysis of Orthotropic Membrane and Shell Structures Including Fluid-structure Interaction */

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‎Nonlinear Analysis of Orthotropic Membrane and Shell Structures Including Fluid-structure Interaction

Cinmemj: /* Nonlinear Analysis of Orthotropic Membrane and Shell Structures Including Fluid-structure Interaction */

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‎Nonlinear Analysis of Orthotropic Membrane and Shell Structures Including Fluid-structure Interaction

Cinmemj: /* J. G. Valdés1, E. Oñate1,2, J. Miquel 1,2 */

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‎J. G. Valdés1, E. Oñate1,2, J. Miquel 1,2

Cinmemj at 14:54, 30 November 2016

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Scipediacontent at 12:02, 19 July 2016

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−	~~== Nonlinear analysis of orthotropic membrane and shell structures including fluid-structure interaction==~~
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−	~~'''J. G. Valdés'''<sup>1</sup>, '''E. Oñate'''<sup>1,2</sup>, '''J. Miquel''' <sup>1,2</sup>'''~~
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−	~~<sup>1</sup> Centre Internacional de Metodes Numerics a l'Enginyeria - CIMNE, Barcelona, Spain<br />~~
−	~~<sup>2</sup> Universitat Politècnica de Catalunya (UPC), Barcelona, Spain~~
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	==Abstract==		==Abstract==

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−	== Nonlinear ~~Analysis~~ of ~~Orthotropic Membrane~~ and ~~Shell Structures Including Fluid~~-structure ~~Interaction~~==	+	== Nonlinear analysis of orthotropic membrane and shell structures including fluid-structure interaction==

	'''J. G. Valdés'''<sup>1</sup>, '''E. Oñate'''<sup>1,2</sup>, '''J. Miquel''' <sup>1,2</sup>'''		'''J. G. Valdés'''<sup>1</sup>, '''E. Oñate'''<sup>1,2</sup>, '''J. Miquel''' <sup>1,2</sup>'''

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−	== ~~'''~~Nonlinear Analysis of Orthotropic Membrane and Shell Structures Including Fluid-structure Interaction~~'''~~ ==	+	== Nonlinear Analysis of Orthotropic Membrane and Shell Structures Including Fluid-structure Interaction==

	'''J. G. Valdés'''<sup>1</sup>, '''E. Oñate'''<sup>1,2</sup>, '''J. Miquel''' <sup>1,2</sup>'''		'''J. G. Valdés'''<sup>1</sup>, '''E. Oñate'''<sup>1,2</sup>, '''J. Miquel''' <sup>1,2</sup>'''

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 == '''Nonlinear Analysis of Orthotropic Membrane and Shell Structures Including Fluid-structure Interaction''' ==
-==== '''J. G. Valdés<sup>1</sup>, E. Oñate<sup>1,2</sup>, J. Miquel <sup>1,2</sup>''' ====
+'''J. G. Valdés'''<sup>1</sup>, '''E. Oñate'''<sup>1,2</sup>, '''J. Miquel''' <sup>1,2</sup>'''
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-<sup>1</sup> Centre Internacional de Metodes Numerics a l'Enginyeria - CIMNE, Barcelona, Spain
 <sup>2</sup> Universitat Politècnica de Catalunya (UPC), Barcelona, Spain
 ==Abstract==

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		+	== '''Nonlinear Analysis of Orthotropic Membrane and Shell Structures Including Fluid-structure Interaction''' ==
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		+	==== '''J. G. Valdés<sup>1</sup>, E. Oñate<sup>1,2</sup>, J. Miquel <sup>1,2</sup>''' ====
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		+	<sup>1</sup> Centre Internacional de Metodes Numerics a l'Enginyeria - CIMNE, Barcelona, Spain
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		+	<sup>2</sup> Universitat Politècnica de Catalunya (UPC), Barcelona, Spain
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	==Abstract==		==Abstract==

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-=Resumen=
+Nowadays, fluid-structure interaction problems are a great challenge of different fields in engineering and applied sciences. In civil engineering applications, wind flow and structural motion may lead to aeroelastic instabilities on constructions such as long-span bridges, high-rise buildings and light-weight roof structures. On the other hand, biomechanical applications are interested in the study of hemodynamics, i.e. blood flow through large arteries, where large structural membrane deformations interact with incompressible fluids.
-−
-Problemas de interacción fluido-estructura representan hoy en día un gran desafío en diferentes áreas de ingeniería y ciencias aplicadas. Dentro de las aplicaciones en ingeniería civil, el flujo del viento y los movimientos estructurales pueden ocasionar inestabilidades aeroelásticas en construcciones tales como puentes de gran luz, rascacielos y cubiertas estructurales ligeras. Por otro lado, aplicaciones en biomecánica están interesadas en el estudio de hemodinámica, por ejemplo: flujo sanguíneo en arterias, donde grandes deformaciones de las venas interactúan con fluidos.
+In the structural part of this work, a new methodology for the analysis  of geometrically nonlinear orthotropic membrane and rotation-free  shell elements is developed based on the principal fiber orientation  of the material. A direct consequence of the fiber orientation strategy is the possibility to analyze initially out-of-plane prestressed membrane and shell structures. Additionally, since conventional membrane theory  allows compression stresses, a wrinkling algorithm based on modifying the constitutive equation is presented. The structure is modeled with finite elements emerging from the governing equations of elastodynamics.
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-En la parte estructural de este trabajo, una nueva metodología para el análisis geométricamente no-lineal ortótropo de membranas y láminas sin grados de libertad de rotación es desarrollada basándose en la orientación de la fibra principal del material. Una consecuencia directa de la estrategia de orientación de fibras es la posibilidad de analizar membranas y láminas pretensadas cuya configuración inicial está fuera del plano. Por otra parte, ya que la teoría convencional de membranas permite que existan tensiones de compresión, un modelo de arrugado basado en la modificación de la ecuación constitutiva se presenta. El desarrollo estructural es modelado con elementos finitos provenientes de las ecuaciones de la elastodinámica.
+The fluid portion of this work is governed by the incompressible Navier-Stokes equations, which are modeled by stabilized equal-order interpolation finite elements. Since the monolithic solution for these equations has the disadvantage that take great computer effort to solve large algebraic system of equations, the fractional step methodology is used to take advantage of the computational efficiency given by the uncoupling of the pressure from the velocity field.  In addition, the generalized-<math display="inline">\alpha </math> time integration scheme for fluids is  adapted to be used with the fractional step technique.
-−
-La parte de fluidos de este trabajo está gobernada por las ecuaciones de Navier-Stokes para flujos incompresibles, las cuales son modeladas por interpolaciones estabilizadas de elementos finitos.  Ya que la solución monolítica de dichas ecuaciones tiene la desventaja que consumen mucho tiempo en la solución de grandes sistemas de ecuaciones, el método de pasos fraccionados se usa para aprovechar las ventajas computacionales que brinda gracias al desacoplamiento de la presión del campo de las velocidades. Además, el esquema <math display="inline">\alpha </math>-generalizado para integración en el tiempo para fluidos es adaptado para que se use con la técnica de los pasos fraccionados.
+The fluid-structure interaction problem is formulated as a three-field system: the structure, the fluid and the moving fluid mesh solver. Motion of the fluid domain is accounted for with the arbitrary  Lagrangian-Eulerian formulation with two different mesh update strategies. The coupling between the fluid and the structure is performed with the strong coupling block Gauss-Seidel partitioned technique.  Since the fluid-structure interaction problem is highly nonlinear,  a relaxation technique based on Aitken's method is implemented in the strong coupling formulation to accelerate the convergence.
-−
-El problema de interacción fluido-estructura es formulado como un sistema de tres campos: la estructura, el fluido y el movimiento de la malla. El movimiento del dominio del fluido es tomado en cuenta mediante la formulación arbitraria Lagrangiana-Euleriana, para la cual se usan dos estrategias de movimiento de malla. Para el acoplamiento entre el fluido y la estructura se usa un acoplamiento fuerte por bloques usando la técnica de Gauss-Seidel. Debido a que la interacción entre el fluido y la estructura es altamente no-lineal, se implementa el método de relajación basado en la técnica de Aitken, la cual acelera la convergencia del problema.
+Finally several example problems are presented in each field to verify the robustness and efficiency of the overall algorithm,  many of them validated with reference solutions.
-−
-Finalmente varios problemas se presentan en los diferentes campos, los cuales verifican la eficiencia de los algoritmos implementados.
-−
-=Agradecimientos=
-−
-Agradezco a mis directores de tesis, Eugenio Oñate y Juan Miquel Canet, por la oportunidad y buena disposición para llevar a cabo este trabajo. Gracias a ellos y especialmente a Salvador Botello he descubierto el  maravilloso mundo de la mecánica computacional, destacado por la pasión,  dedicación y coraje que se necesita para lograr nuevas metas.
-−
-Asimismo quiero agradecer a Carlos Arnold y Sergio Silva, profesores de la  facultad de Ingeniería Civil de la Universidad  de Guanajuato por haber depositado en mi su confianza y apoyarme para  conseguir la beca PROMEP.  También agradezco al CIMNE por la financiación prestada que me permitió  concluir este trabajo.
-−
-A todas aquellas personas que han hecho que este trabajo sea posible  les  agradezco infinitamente su buena disposición, en especial al grupo de fluidos del CIMNE dirigido por Ramón Codina y a mis compañeros  Herbert Owen y Javier Principe. También agradezco a  Sergio Oller, Fernando Flores, Francisco Zárate, Michele  Chiumenti,  Miguel Cervera, Carlos Agelet, Juan Carlos Cante, Javier Oliver,   Gabriel Bugeda y Robert L. Taylor, porque siempre me resolvieron más de una duda. Asimismo agradezco al personal del CIMNE y del departamento de resistencia de materiales y estructuras en ingeniería RMEE por su siempre buena disposición y amables atenciones, en especial a Rosa María Olea. Debo agradecer también a Mariano Vázquez y Guillaume Houzeaux por las correcciones y  recomendaciones hechas a este trabajo.
-−
-Quiero agradecer profundamente a Dorian Luis Linero, Martha Liliana Carreño, Sergio Blanco, Carlos González Ferrari, Guillermo Díaz y  Mabel Cristina Marulanda, mis compañeros del despacho 111, por su compañía, compresión,   y gran amistad nacida durante estos años. Asimismo, quiero agradecer a Noel Hernández, Fernando Guzmán, Gelacio Juárez, Humberto Esqueda e Ivo Dias por esos grandes momentos dedicados al estudio y reir siempre a la hora de la comida.  No me puedo olvidar de Roberto Clemente, Fernando Rastellini y Jeovan Faleiro con quienes compartí ideas y momentos difíciles durante el doctorado, así como a Pablo Mata, José Manuel González, Joaquín Hernández, Riccardo Rossi, Pere Andreu, Santiago Badía y Xavier Martínez.
-−
-A las personas que me enseñaron el camino a seguir en Barcelona cuando recién llegue para comenzar mis estudios les estaré por siempre agradecido,  en especial a mis queridos e inolvidables amigos Quino, Ysabel y por supuesto Elizabeth, que más puedo  decir, simplemente gracias por todo.  También agradezco a mis amigos de la generación de salida con quienes compartí muchos  agradables momentos, a Guillaume, Ana,  Eduardo y Esteban. También agradezco a las nuevas generaciones del doctorado por esos momentos que hemos podido compartir, a Pablo, Maritzabel, Christian, Juan Carlos,  Flavia y María Laura.
-−
-Quiero agradecer a la gente del futbol de los viernes por la noche por los momentos  inolvidables durante y después del partido, en especial a Manolo, Lucho, Antonio, Alex y Gigio.
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-No puedo dejar de mencionar en este trabajo a mis grandes amigos de toda la vida, Luis Eugenio, Victor, Ismael, Carlos y Julio César, asi como a mis compañeros y  tambien grandes amigos de la universidad, Alberto, Heriberto, Miguel Eugenio,  Julio, Lalo, Vero, Ana  y en especial a Sandra, gracias por las palabras de ánimo en los momentos más difíciles  cuando no veía la salida.
-−
-Y por último, quiero agradecer a toda mi familia, empezando por mi hermano Fernando y mis padres Irma y Jesús por estar siempre ahí, apoyándome y dándome palabras de aliento que me dieron la fuerza necesaria para salir adelante. Gracias a mis primos, tíos y todos mis familiares, y muy especialmente quiero agradecer a mis abuelos  José, Jesús y Lolo porque de ellos proviene mi escencia y de quienes siempre me acuerdo. Sé que algunos de ellos me vieron partir pero no pudieron verme regresar, pero saben que siempre los llevaré en mi corazón y les estaré eternamente agradecido.
-−
-Jesús Gerardo Valdés Vázquez
-−
-Octubre de 2007
 =1 Introduction=

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+Problemas de interacción fluido-estructura representan hoy en día un gran desafío en diferentes áreas de ingeniería y ciencias aplicadas. Dentro de las aplicaciones en ingeniería civil, el flujo del viento y los movimientos estructurales pueden ocasionar inestabilidades aeroelásticas en construcciones tales como puentes de gran luz, rascacielos y cubiertas estructurales ligeras. Por otro lado, aplicaciones en biomecánica están interesadas en el estudio de hemodinámica, por ejemplo: flujo sanguíneo en arterias, donde grandes deformaciones de las venas interactúan con fluidos.
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-{| style="text-align: center; border: 1px solid #BBB; margin: 1em auto; width: 100%;max-width: 100%;"
+En la parte estructural de este trabajo, una nueva metodología para el análisis geométricamente no-lineal ortótropo de membranas y láminas sin grados de libertad de rotación es desarrollada basándose en la orientación de la fibra principal del material. Una consecuencia directa de la estrategia de orientación de fibras es la posibilidad de analizar membranas y láminas pretensadas cuya configuración inicial está fuera del plano. Por otra parte, ya que la teoría convencional de membranas permite que existan tensiones de compresión, un modelo de arrugado basado en la modificación de la ecuación constitutiva se presenta. El desarrollo estructural es modelado con elementos finitos provenientes de las ecuaciones de la elastodinámica.
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-|[[Image:draft_Content_586240065-Caratula_Back_Oct.png|600px|]]
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+La parte de fluidos de este trabajo está gobernada por las ecuaciones de Navier-Stokes para flujos incompresibles, las cuales son modeladas por interpolaciones estabilizadas de elementos finitos.  Ya que la solución monolítica de dichas ecuaciones tiene la desventaja que consumen mucho tiempo en la solución de grandes sistemas de ecuaciones, el método de pasos fraccionados se usa para aprovechar las ventajas computacionales que brinda gracias al desacoplamiento de la presión del campo de las velocidades. Además, el esquema <math display="inline">\alpha </math>-generalizado para integración en el tiempo para fluidos es adaptado para que se use con la técnica de los pasos fraccionados.
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-|[[Image:draft_Content_586240065-Portada_Fig1.png|600px|]]
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-PhD Thesis
+El problema de interacción fluido-estructura es formulado como un sistema de tres campos: la estructura, el fluido y el movimiento de la malla. El movimiento del dominio del fluido es tomado en cuenta mediante la formulación arbitraria Lagrangiana-Euleriana, para la cual se usan dos estrategias de movimiento de malla. Para el acoplamiento entre el fluido y la estructura se usa un acoplamiento fuerte por bloques usando la técnica de Gauss-Seidel. Debido a que la interacción entre el fluido y la estructura es altamente no-lineal, se implementa el método de relajación basado en la técnica de Aitken, la cual acelera la convergencia del problema.
-==NONLINEAR ANALYSIS OF ORTHOTROPIC==
+Finalmente varios problemas se presentan en los diferentes campos, los cuales verifican la eficiencia de los algoritmos implementados.
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-==MEMBRANE AND SHELL STRUCTURES==
-−
-==INCLUDING FLUID-STRUCTURE==
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-==INTERACTION==
-−
-by
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-==Jesús Gerardo Valdés Vázquez==
-−
-Advisors:
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-==Eugenio Oñate==
-−
-==Juan Miquel Canet==
-−
-Barcelona, October <math display="inline">18^{\textrm{th}}</math>, 2007
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-== ==
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-==ACTA DE QUALIFICACIÓ DE LA TESI DOCTORAL==
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-Reunit el tribunal integrat pels sota signants per jutjar la tesi doctoral:
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-Títol de la tesi: Nonlinear Analysis of Orthotropic Membrane and Shell Structures Includind Fluid-Structure Interaction
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-Autor de la tesi: Jesús Gerardo Valdés Vázquez
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-Acorda atorgar la qualificació de:
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-<math display="inline">\square </math> No apte
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-<math display="inline">\square </math> Aprovat
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-<math display="inline">\square </math> Notable
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-<math display="inline">\square </math> Excel<math>\cdot </math>lent
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-<math display="inline">\square </math> Excel<math>\cdot </math>lent Cum Laude
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-Barcelona, <math>\ldots\ldots\ldots\ldots</math>  de/d' <math>\ldots\ldots\ldots\ldots\ldots\ldots\ldots\ldots</math>  de <math>\ldots\ldots\ldots\ldots</math>
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-El President      El Secretari
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-<math display="inline">\ldots\ldots\ldots\ldots\ldots\ldots\ldots\ldots</math> <math display="inline">\ldots\ldots\ldots\ldots\ldots\ldots\ldots\ldots</math>
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-(nom i cognoms)    (nom i cognoms)
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-El vocal      El vocal    El vocal
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-<math display="inline">\ldots\ldots\ldots\ldots\ldots\ldots\ldots</math> <math display="inline">\ldots\ldots\ldots\ldots\ldots\ldots\ldots</math> <math display="inline">\ldots\ldots\ldots\ldots\ldots\ldots\ldots</math>
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-(nom i cognoms)    (nom i cognoms)    (nom i cognoms)
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-= =
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-''A mis padres Irma y Jesús''
-−
-''A mi hermano Fernando''
 =Agradecimientos=
@@ Line 101: / Line 33: @@
 Octubre de 2007
 =1 Introduction=

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