El objetivo de la presente tesis es la derivación e implementación de una formulación unificada con elementos nitos para la solución de problemas de mecánica de fluidos y de sólidos, interacción fluido-estructura (Fluid-Structure Interaction (FSI)) y con acomplamiento térmico. El método unificado está basado en una formulación Lagrangiana estabilizada y las variables incognitas son las velocidades y la presión. Cada paso de tiempo se soluciona a través de un esquema de dos pasos de tipo Gauss-Seidel. Primero se resuelven las ecuaciones de momento lineal por los incrementos de velocidad, luego se calculan las presiones en la configuración actualizada usando la ecuación de continuidad. Para los dominios fluidos se utiliza el método de elementos finitos de partículas (Particle Finite Element Method (PFEM)) mientras que los sólidos se solucionan con el método de elementos finitos (Finite Element Method (FEM)). Por lo tanto, se ramalla sólo las partes del dominio ocupadas por el fluido. Los campos de velocidad y presión se interpolan con funciones de forma lineales. Para poder analizar materiales incompresibles, la formulación ha sido estabilizada con una nueva versión del método Finite Calculus (FIC). La técnica de estabilización ha sido derivada para fluidos Newtonianos casi-incompresibles. En este trabajo, la estabilización con FIC se usa también para el análisis de sólidos hipoelásticos casi-incompresibles. En la tesis se dedica particular atención al estudio de flujo con superficie libre. En particular, se analiza en profundidad el tema de las pérdidas de masa y se muestra con varios ejemplos numéricos la capacidad del método de garantizar la conservación de masa en problemas de flujos en supercie libre. Además se estudia con detalle el condicionamiento del esquema numérico analizando particularmente el efecto del módulo de compresibilidad. Se presenta también una estrategia basada en el uso de un pseudo-módulo de compresiblidad para mejorar el condicionamento del problema. La formulación unificada ha sido validada comparando sus resultados numéricos con pruebas de laboratorio y resultados numéricos de otras formulaciones. En la mayoría de los ejemplos también se ha estudiado la convergencia del método. En la tesis también se describe una estrategia segregada para el acoplamiento de la formulación unificada con el problema de transmisión de calor. Además se presenta una simple estrategia para simular el cambio de fase. El esquema acoplado ha sido utilizado para resolver varios problemas de FSI donde se incluye la temperatura y su efecto. El esquema acoplado con el problema térmico ha sido utilizado con éxito para resolver un problema industrial. El objetivo del estudio era la simulación del daño y la fusión de la vasija de un reactor nuclear provocados por el contacto con un fluido altamente viscoso y a gran temperatura. En la tesis se describe con detalle el estudio numérico realizado para esta aplicación industrial.


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