Il fluido applica una forza alla struttura, la struttura si deforma e la forma modificata altera il flusso. Chiudere quell'anello dentro il modello costa caro, e non è sempre necessario.
Quando basta il monodirezionale
Si risolve il flusso, si mappano pressione e sforzo di taglio sull'analisi strutturale e si risolve la struttura. Non c'è retroazione.
La condizione: la deformazione non deve modificare in misura apprezzabile il passaggio del flusso. Una soglia pratica è una deformazione dell'ordine dell'uno per cento dell'apertura caratteristica. I recipienti in pressione a parete spessa, le tensioni nella cassa e i carichi sui supporti delle tubazioni rientrano in questa classe.
Quando serve il bidirezionale
Se la deformazione cambia il passaggio. Una pala sottile, una membrana flessibile, l'otturatore di una valvola di ritegno. Vedi la nota sui contorni mobili.
Se la domanda è l'instabilità. Flutter, galloping, vibrazione indotta da vortici. Sono fenomeni di retroazione per definizione; un'analisi monodirezionale non può nemmeno mostrare che esistono.
Se conta la massa aggiunta. Una struttura che si muove in un fluido denso deve accelerare anche il fluido circostante. Questo ne aumenta la massa efficace e ne abbassa la frequenza propria. Un'analisi modale in aria è quindi fuorviante per una struttura che lavora in acqua.
Un avvertimento numerico: l'instabilità da massa aggiunta
Dove le densità del fluido e della struttura sono vicine (acqua-polimero, sangue-vaso), uno schema debolmente accoppiato può restare instabile anche riducendo il passo temporale. È controintuitivo e viene spesso diagnosticato male. Il rimedio non è un passo temporale più piccolo ma uno schema fortemente accoppiato.
Che cosa riportare
Se si è scelto il monodirezionale, va riportata la giustificazione: la deformazione attesa e il suo rapporto con la geometria del flusso. Quelle due righe rendono verificabile la decisione.
Riferimenti
- Ferziger, J. H., Perić, M. & Street, R. L. (2020). Computational Methods for Fluid Dynamics, 4th ed. Springer. DOI: 10.1007/978-3-319-99693-6
- Williamson, C. H. K. (1996). Vortex dynamics in the cylinder wake. Annual Review of Fluid Mechanics, 28, 477–539. DOI: 10.1146/annurev.fl.28.010196.002401