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Papers by Laura Battaglia

XXIII Congreso de Métodos Numéricos y sus Aplicaciones (ENIEF) (La Plata, 7 al 10 de noviembre 2017), Nov 30, 2017

Resumen. El siguiente trabajo tiene como objetivo estudiar la agitación en el interior de un reci... more Resumen. El siguiente trabajo tiene como objetivo estudiar la agitación en el interior de un recipiente rectangular con una división interior rígida, sometido a una aceleración horizontal armónica. El caso numérico consiste en el flujo a dos fases, aire y agua, y es abordado mediante una metodología de level set con elementos finitos estabilizados, resolviendo tres instancias en cada paso de tiempo: (i) el campo de flujo, mediante la solución de las ecuaciones de Navier-Stokes; (ii) el transporte de la función de level set, resolviendo un problema de advección; y (iii) la renormalización de la función de level set, para mantener la regularidad de este campo. Los resultados de las simulaciones son comparados con las mediciones de desplazamiento de la superficie libre obtenidas en los experimentos en laboratorio.

Bounded renormalization with continuous penalization for level set interface‐capturing methods

Se propone una técnica de cuadratura numérica complementaria en el método de elementos de borde p... more Se propone una técnica de cuadratura numérica complementaria en el método de elementos de borde por ponderación de Galerkin (GBEM, por Galerkin Boundary Element Method) orientado a la obtención de una solución numérica de una ecuación integral de borde (BIE, por Boundary Integral Equation), tal que sea apta en integrales cuádruples sobre superficies inmersas en un dominio tridimensional, y con una singularidad débil en el integrando. En un trabajo previo (D’Elía y Battaglia, “Integración numérica en ecuaciones integrales de superficie con núcleos débilmente singulares y ponderadas por Galerkin”, Mecánica Computacional, vol. XIV, 2006), se empleó la clásica transformación no-lineal de Duffy, ampliamente utilizada en el método de los momentos (MoM, por Method of Moments) en electromagnetismo computacional. En este trabajo se explora la transformación de coordenadas asinh en las variables de integración de modo tal de cancelar o atenuar la singularidad, con lo cual será posible emplear...

En un trabajo previo (D’Elia et al., “A boundary element method for oscillating Stokes ﬂow at low... more En un trabajo previo (D’Elia et al., “A boundary element method for oscillating Stokes ﬂow at low frequencies around a rigid body”, Mecanica Computacional, vol. XXIX, 2010) se presentaron las primeras etapas para una modelizacion numerica mediante el metodo de elementos de borde (Boundary Element Method (BEM)) del ﬂujo reptante oscilatorio de un ﬂuido viscoso newtoniano alrededor de cuerpos cerrados e inmersos en dominios tridimensionales no acotados. En el problema del continuo se eliminaban los modos rigidos de la ecuacion integral de borde (BIE (Boundary Integral Equation)) clasica recurriendo a una extension de las propuestas de Power-Miranda/Hebeker, mientras que en el problema discreto las integrales de interaccion eran evaluadas mediante una extension de una propuesta de Taylor, con un uso sistematico de la transformacion de Duffy. Como una alternativa a la transformacion de Duffy se puede recurrir a la transformacion asinh. En este trabajo se presenta una validacion numerica...

El control de las fisuras por efectos termicos a tempranas edades es crucial en proyectos que inv... more El control de las fisuras por efectos termicos a tempranas edades es crucial en proyectos que involucran hormigon en masa ejecutado en etapas. Es de interes conocer la respuesta del material ante las deformaciones volumetricas derivadas del proceso de hidratacion, considerando la evolucion de las propiedades mecanicas, las diferentes condiciones de emplazamiento y el proceso constructivo para garantizar la rigidez, la durabilidad y la funcionalidad estructural. Experiencias e investigaciones sobre construcciones reales muestran que las recomendaciones de los reglamentos vigentes sobre este aspecto son insuficientes. En respuesta a esta problematica se desarrolla un modelo para el analisis termo-mecanico no lineal en el hormigon basado en el metodo de elementos finitos. Para calcular la elevacion de temperaturas y el envejecimiento a edades tempranas, se utilizan formulaciones basadas en el grado de hidratacion. La respuesta tensional se obtiene a partir de un modelo visco-elastico q...

Se emplea una metodologia lagrangiana euleriana arbitraria para resolver el flujo con superficie ... more Se emplea una metodologia lagrangiana euleriana arbitraria para resolver el flujo con superficie libre de fluidos newtonianos e incompresibles representados por las ecuaciones de Navier-Stokes (NS) y resueltos mediante elementos finitos, considerando en particular el caso de dominios con secciones de ingreso y salida de fluido. En el caso de secciones de salida en regimen de flujo subcritico, la aplicacion de condiciones de borde convencionales para las ecuaciones de NS no es suficiente para evitar que las ondas que se producen en la superficie libre sean parcialmente reflejadas en la seccion de salida. Para que no se produzcan tales reflexiones espurias se propone el uso de una capa absorbente de elementos, adyacente al borde de salida en regimen subcritico, basada en deducciones sobre las ecuaciones de aguas poco profundas y adaptadas a elementos finitos para NS. El desempeno de la capa absorbente es mostrado sobre ejemplos de canales abiertos.

La resolucion de problemas de agitacion de fluidos viscosos y newtonianos con una superficie libr... more La resolucion de problemas de agitacion de fluidos viscosos y newtonianos con una superficie libre en los cuales se simula una unica fase liquida es abordado con una metodologia lagrangiana-euleriana arbitraria que consiste en resolver mediante elementos finitos tres instancias acopladas: las ecuaciones de Navier-Stokes en el fluido, la adveccion de la superficie libre y la deformacion de la malla (L. Battaglia et al., Mecanica Computacional, Vol. XXXVI, p. 2023, 2018). En particular, se evaluara la influencia de la geometria y de las condiciones de borde en la base del tanque en el desempeno del metodo, para lo cual se estableceran comparaciones con resultados de experimentos fisicos y numericos de referencia.

Page 1. STABILIZED FREE SURFACE FLOWS Laura Battaglia, Mario A. Storti and Jorge D'Elıa Cent... more Page 1. STABILIZED FREE SURFACE FLOWS Laura Battaglia, Mario A. Storti and Jorge D'Elıa Centro Internacional de Métodos Computacionales en Ingenierıa (CIMEC), Instituto de Desarrollo Tecnológico para la Industria ...

Se presentan casos de agitacion en contenedores resueltos mediante dos estrategias numericas desa... more Se presentan casos de agitacion en contenedores resueltos mediante dos estrategias numericas desarrolladas para la simulacion de ﬂujos con superﬁcie libre y a dos fases en tres dimensiones espaciales. La primera de ellas se engloba en la familia level set, que consiste en identiﬁcar con valores positivos de una funcion marcadora la zona del dominio ocupada por el ﬂuido de mayor densidad, con cero la posicion de la interfase, y con valores negativos la zona abarcada por el ﬂuido de menor densidad. La otra metodologia considerada representa explicitamente la interfase entre ﬂuidos mediante un conjunto de marcadores cuya posicion y densidad es actualizada de acuerdo a la evolucion temporal del problema. En ambos casos, el problema de ﬂuidos subyacente es resuelto mediante una formulacion en elementos ﬁnitos para las ecuaciones de Navier-Stokes en ﬂujo incompresible. Los resultados obtenidos son contrastados con soluciones numericas y ensayos experimentales de agitacion en tanques recta...

Latin American Applied Research, 2007

The unsteady flow around a 155 mm projectile governed by the Navier-Stokes (NS) equa- tions is nu... more The unsteady flow around a 155 mm projectile governed by the Navier-Stokes (NS) equa- tions is numerically solved with a Large Eddy Simu- lation (LES) scheme, together with the SubGrid Scale (SGS) solved by a Smagorinsky model and the van Driest near-wall damping. The computed results are obtained in the subsonic flow regime for a vis- cous and incompressible Newtonian fluid in order to determine the axial drag coefficient, and they are validated against experimental data. The problem was solved by a monolithic finite element code for parallel computing on a Beowulf cluster.

En un trabajo anterior (D’Elia et al., “Tecnicas arbol en interacciones de n particulas orientada... more En un trabajo anterior (D’Elia et al., “Tecnicas arbol en interacciones de n particulas orientadas a elementos de borde”, en Mecanica Computacional, vol. XXVI, pp. 992-999, Cordoba, Argentina, octubre de 2007) se describieron las primeras etapas en una adaptacion de los denominados algoritmos rapidos para simulaciones de interacciones entre n particulas, todas contra todas, en una variante jerarquica (o en arbol), para su uso complementario en el metodo de los elementos de borde (Boundary Element Method, BEM). En la presente contribucion se muestra su uso en el caso de flujo de Stokes en regimen estacionario alrededor de cuerpos rigidos tridimensionales, mediante una formulacion integral de contorno en las velocidades capaz de representar una fuerza y cupla no nulas sobre el cuerpo. El modelo BEM empleado es de bajo orden, para elementos triangulares planos. Se muestran ejemplos numericos, incluyendo casos con soluciones analiticas, cuerpos con aristas y vertices, y cuerpos con geom...

For a laminar and attached steady flow along a smooth three-dimensional surface of an incompressi... more For a laminar and attached steady flow along a smooth three-dimensional surface of an incompressible, isothermal and viscous fluid of Newtonian type, the boundary layer equations written in orthogonal curvilinear coordinates and involving curvature terms are relatively well known, but a covariant formulation that has not neither of them is rather not further considered. The more conventional boundary layer equations are written as two-dimensional partial differential equations over the body surface itself but, since in many cases these surfaces are not flat, the curvature tensor or the two principal curvatures of the flow domain must be into account. On the other hand, the present work is focused on a covariant formulation of the three-dimensional boundary layer equations without any curvature terms. The formulation also uses an orthogonal curvilinear coordinates given by the two surface coordinates plus a third normal to the body surface. The lack of curvature terms is due to that ...

The free surface incompressible fluid flow is solved through an arbitrary Lagrangian-Eulerian str... more The free surface incompressible fluid flow is solved through an arbitrary Lagrangian-Eulerian strategy, considering a deformable single-phase domain with an artificial boundary, which is managed through an absorbing technique for avoiding spurious wave reflections at the contour. This absorbing strategy is based on the shallow water approximation, as introduced in previous works (Absorbing Boundary Conditions for Free-Surface Flows in Open Domains, Storti, M., Battaglia, L., Paz, R., and D’Elia, J., 10th World Congress on Computational Mechanics - WCCM 2012; Interface-Tracking Free-Surface Flows in Open Domains, Battaglia, L., Storti, M. and D’Elia, J., Mecanica Computacional Vol. XXX, pp. 2209-2223). The resolution scheme consists of three numerical stages: (i) the fluid flow stage, where the incompressible Navier-Stokes equations for viscous fluid flows are solved; (ii) the free surface transport; and (iii) the mesh movement, solved as a pseudo-elastic problem. The strategy is use...

Physics of Fluids

The purpose of this work is twofold: to present a computational strategy to simulate the dynamics... more The purpose of this work is twofold: to present a computational strategy to simulate the dynamics of a rigid sphere during water sloshing and to validate the model with original experimental data. The numerical solution is obtained through the coupling between a two-fluid Navier-Stokes solver and a rigid solid dynamics solver, based on a Newton scheme. A settling sphere case reported in the literature is first analyzed to validate the numerical strategy by ascertaining the settling velocity. In addition, an experiment is carried out based on a sphere submerged into a communicating vessel subjected to sloshing. Experimental data are captured using image processing and statistically treated to provide sphere dynamics quantitative information. The effects of different classical models used to describe drag coefficients, added mass, and wall effects are considered in the study to evaluate their influence on the results. The numerical model provides results that are consistent with the physical data, and the trajectory analysis shows good agreement between the simulations and the experiments.

Applied Mathematical Modelling

This is a PDF file of an unedited manuscript that has been accepted for publication. As a service... more This is a PDF file of an unedited manuscript that has been accepted for publication. As a service to our customers we are providing this early version of the manuscript. The manuscript will undergo copyediting, typesetting, and review of the resulting proof before it is published in its final form. Please note that during the production process errors may be discovered which could affect the content, and all legal disclaimers that apply to the journal pertain. Highlights • Improved mass-preserving renormalization method for 3D two-fluid viscous flows • Report of new 3D experimental data for free-surface evolution in sloshing problems • 3D confirmation of 2D predictions for free and forced sloshing planar modes • Experimental validation for simulation of fully 3D sloshing cases • Effect of the initial conditions on the 3D simulation

Journal of Fluids Engineering

In the boundary element method (BEM), the Galerkin weighting technique allows to obtain numerical... more In the boundary element method (BEM), the Galerkin weighting technique allows to obtain numerical solutions of a boundary integral equation (BIE), giving the Galerkin boundary element method (GBEM). In three-dimensional (3D) spatial domains, the nested double surface integration of GBEM leads to a significantly larger computational time for assembling the linear system than with the standard collocation method. In practice, the computational time is roughly an order of magnitude larger, thus limiting the use of GBEM in 3D engineering problems. The standard approach for reducing the computational time of the linear system assembling is to skip integrations whenever possible. In this work, a modified assembling algorithm for the element matrices in GBEM is proposed for solving integral kernels that depend on the exterior unit normal. This algorithm is based on kernels symmetries at the element level and not on the flow nor in the mesh. It is applied to a BIE that models external creep...

In this Thesis the resolution of transient free surface flow problems is considered for incompres... more In this Thesis the resolution of transient free surface flow problems is considered for incompressible, viscous and Newtonian fluids, in a laminar and isothermal flow regime without surface tension effects, for both two and three spatial dimensions. For that, two complementary strategies are proposed, which are solved by stabilized finite elements in space and finite differences in time. The first methodology is an interface-tracking technique, framed inside an Arbitrary Lagrangian-Eulerian formulation where the Navier–Stokes equations are solved each time step over one fluid phase, for determining later the free surface displacement and, finally, readapting the finite element mesh to the new geometric shape of the spatial domain. In this paradigm, the attention is placed on avoiding spurious numerical instabilities during the free surface movement, either through a smoothing operator or by solving a numerically stabilized transport equation for the nodal elevation of the free surfa...

Int J Numer Meth Biomed Eng, 2009

When a Galerkin discretization of a boundary integral equation with a weakly singular kernel is p... more When a Galerkin discretization of a boundary integral equation with a weakly singular kernel is performed over triangles, a double surface integral must be evaluated for each pair of them. If these pairs are not contiguous or not coincident the kernel is regular and a Gauss-Legendre quadrature can be employed. When the pairs have a common edge or a common vertex, then edge and vertex weak singularities appear. If the pairs have both facets coincident the whole integration domain is weakly singular. D. J. Taylor (IEEE Trans. on Antennas and Propagation, 51 ) proposed a systematic evaluation based on a reordering and partitioning of the integration domain, together with a use of the Duffy transformations in order to remove the singularities, in such a way that a Gauss-Legendre quadrature was performed on three coordinates with an analytic integration in the fourth coordinate. Since this scheme is a bit restrictive because it was designed for electromagnetic wave propagation kernels, a full numerical quadrature on the four coordinates is proposed in order to handle kernels with a weak singularity with a general framework. Numerical tests based on modifications of the one proposed by W. Wang and N. Atalla (Comm. in Num. Meth. Eng., 13(11):885-890 (1997)) are included. : Integration extremes of the relative µ 1 , µ 2 and ξ 1 , ξ 2 simplex coordinates for the integrals I n , for n = 1, 2, 3, in the common facet case .