Da esquerda para a direita, Kenji Takizawa, professor de engenharia mecânica da Waseda University e Tayfun Tezduyar, o professor de engenharia mecânica de James F. Barbour na Universidade de Rice. Crédito: Universidade de Rice.
Quando a maioria das pessoas pensa em simulações de computador, elas imaginam gráficos elegantes ou animações no estilo de Hollywood. Mas para Tayfun Tezduyar, o professor de engenharia mecânica de James F. Barbour na Universidade de Rice, a precisão é tudo.
“Para engenharia e ciência, você não quer apenas algo que parece realista”, disse Tezduyar. “Você precisa da solução mais próxima da solução verdadeira. Se você está projetando um pára -quedas para astronautas ou modelando o fluxo sanguíneo através de uma válvula cardíaca, a diferença entre ‘perto o suficiente’ e ‘melhor solução’ pode significar vida ou morte”.
Por mais de três décadas, Tezduyar vem desenvolvendo e refinando a análise de fluxo computacional espacial, uma estrutura que ele introduziu em 1990 para resolver alguns dos problemas mais difíceis do mundo real na dinâmica de fluidos. Grande parte deste trabalho ocorreu em Rice desde 1998 e em colaboração com Kenji Takizawa, professor de engenharia mecânica da Universidade de Waseda, desde 2007.
O trabalho agora está chamando ainda mais atenção internacional. Um novo livro Tezduyar foi co-autor de Takizawa, “Análise de fluxo computacional espacial: um catálogo cronológico de métodos não convencionais e soluções de primeira linha”, narra os avanços-mas a história maior é como esta pesquisa está remodelando as indústrias que variam de medicina ao aeroespacial.
Tezduyar disse que o que torna seu trabalho único é duplo: o escopo dos problemas que eles podem resolver e o nível de fidelidade que alcançam.
“Muito poucas pessoas no mundo podem resolver essa gama de problemas com tanta precisão”, disse ele. “Nós assumimos problemas que outros consideraram intratáveis e encontramos uma maneira de modelá-los com precisão, criando representações de alta fidelidade da verdadeira solução”.
Os problemas que a equipe de Tezduyar-Takizawa enfrentou abrangeu uma gama notável de desafios do mundo real. Sua modelagem ajudou os pára -quedas de desembarque da NASA para a espaçonave Orion, garantindo o retorno seguro dos astronautas à Terra. Na medicina, a análise espacial tem sido usada para simular o fluxo sanguíneo através de válvulas cardíacas com precisão sem precedentes, fornecendo aos cirurgiões melhores informações para tratamentos cirúrgicos personalizados para distúrbios da aorta e válvula cardíaca.
No transporte, os fabricantes de pneus podem usar suas simulações para melhorar o desempenho e o resfriamento dos pneus, reduzindo o risco de danos aos pneus. E em energia renovável, seus modelos ajudam a prever como a esteira turbulenta de turbinas eólicas afeta pequenas aeronaves próximas, drones e até vida selvagem, oferecendo informações críticas para evitar esses acordos e para a colocação mais segura dos campos de turbinas.
As simulações tradicionais usam métodos diferentes para representações espaciais e de tempo dos padrões de fluxo com os métodos sofisticados de representação desenvolvidos nas últimas décadas direcionadas à representação de padrão de fluxo no espaço. A visão de Tezduyar desde 1990 vem unindo as duas representações.
“Na vida real, os padrões de fluxo dependem não apenas da localização, mas do instante no tempo”, disse ele. “Você não pode sub-representar um e esperar obter a melhor resposta. Nosso método fornece exclusivamente a representação de alta fidelidade em ambas as dimensões”.
Tezduyar explicou que a complexidade da geometria de um sistema quase sempre produz padrões de fluxo igualmente complexos que mudam no espaço e no tempo. Para a melhor solução, os métodos de simulação de computador devem ser tão sofisticados em representar os padrões de fluxo no tempo quanto em representar os padrões de fluxo no espaço-um feito alcançado pela análise de fluxo computacional do espaço-tempo.
A abordagem também permite que a equipe Tezduyar-Takizawa coloque uma alta densidade de “pontos” computacionais onde eles mais importam-como o contato entre um pneu e a estrada ou onde os folhetos da válvula cardíaca próximos para parar o fluxo sanguíneo. Embora os métodos tradicionais exijam uma escolha entre lacunas irreais e redução da densidade dos pontos, as simulações de Tezduyar e Takizawa estão sem lacunas ou precisão reduzida na representação dos padrões de fluxo.
Tezduyar enfatizou que o trabalho não é apenas sobre equações, mas em responder aos desafios do mundo real.
“Muitos de nossos projetos começaram porque alguém veio até nós com um problema que eles queriam ser resolvidos”, disse ele. “Seja a NASA, o Exército dos EUA ou um pesquisador de pneus, eles precisavam de respostas que não estavam disponíveis com as ferramentas existentes”.
De uma idéia explorada pela primeira vez nos anos 90 a décadas de soluções do mundo real, Tezduyar é um verdadeiro pioneiro em seu campo.
“Por muitos anos depois que eu comecei, fui realmente apenas eu e alguns ex -alunos que usam esses métodos, mas agora há um maior interesse e esforço nessa classe de cálculos, o que torna este livro oportuno”, disse Tezduyar. “Não estamos interessados em problemas simples ou respostas rápidas. Queremos problemas desafiadores e a melhor precisão, porque no mundo real, é isso que faz a diferença”.
Fornecido pela Rice University
Citação: A modelagem computacional espacial oferece soluções de alta precisão para desafios complexos de engenharia (2025, 5 de setembro) recuperados em 7 de setembro de 2025 em https://techxplore.com/news/2025-09-space-high-precision-solutions-complex.html
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