Interacció fluid-estructura

Abstract

[cat] Els darrers desenvolupaments en l’àmbit de la dinàmica de fluids han augmentat la capacitat predic tiva de les simulacions a nivell cel·lular als àmbits de la biofísica i la medicina. A aquest treball, es fa una revisió de les teories fonamentals que governen els comportaments elàstics dels sòlids i la hidrodinà mica dels fluids, així com una introducció als sistemes on es mesclen aquests materials i s’ha de parlar d’interacció fluid-estructura. Una vegada presentats aquests darrers tipus de problemes, es presenta una sèrie d’estratègies computacionals per simular-los mitjançant mètodes d’elements finits, i es tracta un cas a mode d’exemple: s’estudia el moviment característic de vesícules (que simulen, en aquest cas, glòbuls vermells) i la relació que té el fibrinogen amb els agrupaments i la rigidesa dels glòbuls vermells, així com els paràmetres físics del problema en els que realment es veu reflectida la presència d’aquesta darrera proteïna, i la rellevància dels petits canvis a cada magnitud fonamental present.

[eng] Recent developments in the field of fluid dynamics have increased the predictive capacity of cellular level simulations in the fields of biophysics and medicine. This work includes a review of the fundamental theories governing the elastic behavior of solids and the hydrodynamics of fluids. Additionally, it introdu ces systems where these materials are combined, which need a discussion about fluid-structure interaction. Once these kind of problems are introduced, a series of computational strategies is introduced to simulate them using finite element methods. As an example, an specific case has been studied: the characteristic movement of vesicles (which, in this project, simulate red blood cells) and the relationship between fibri nogen and the aggregation and stiffness of red blood cells. Furthermore, the physical parameters of the problem, in which the presence of this last protein is reflected, and the relevance of small changes in the fundamental magnitudes of the problem, are studied.

[spa] Los avances recientes en el campo de la dinámica de fluidos han aumentado la capacidad predictiva de las simulaciones a nivel celular en los campos de la biofísica y la medicina. Este trabajo incluye una revisión de las teorías fundamentales que rigen el comportamiento elástico de los sólidos y la hidrodiná mica de los fluidos. Además, introduce sistemas en los que se combinan estos materiales, lo que hace necesaria una discusión de la interacción fluido-estructura. Una vez presentados estos tipos de problemas, se introducen una serie de estrategias computacionales para simularlos mediante métodos de elementos finitos. Para ilustrar estos modelos, se presenta un caso práctico: el movimiento característico de las ve sículas (que, en este caso, simulan los glóbulos rojos) y la relación entre el fibrinógeno y el agrupamiento y la rigidez de los glóbulos rojos. Además, se examinan los parámetros físicos del problema en los que realmente se refleja la presencia de esta última proteína, y la relevancia de los pequeños cambios en cada magnitud fundamental del presente.