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The main objective of this thesis by compendium is to understand the physical insights and model the infuence of violent and confned sloshing fows in the damping of vertically excited one degree of freedom systems that undergo excitations similar to the ones found in aircraft wings. The eight publications included in this thesis P.1 - P.8 and the unpublished results in the Appendix aim at fulflling this main objective using three diferent methodologies: experimental, numerical and ROM-based methodologies. The experimental work of this thesis mainly consists in designing and building an experimental decay facility for vertical sloshing study. In the free release tests performed at this facility, the infuence of some of the most relevant nondimensional numbers of the problem in the sloshing induced damping is studied for three diferent Froude scaled tanks (P.I and P.2). Some additional experimental tests are shown in the Appendix where the vertical sloshing problem is studied in a forced harmonic facility. The data generated from these experimental campaigns are used for CFD validation and ROM parameter tuning and training. The numerical part of this thesis revolves around numerical simulations using the open-source code AQUAgpusph, which is based on the lagrangian SPH formulation. First, the code is verifcated and validated for the violent and vertical sloshing problem (P.3, P.4 and P.5). Then, the numerical results are exploited to analyze the infuence in the damping of some other nondimensional groups that cannot be studied experimentally (P.3 and P.6). The last objective of the numerical part of the thesis is to implement an SPH multiphase formulation in AQUAgpusph. This formulation is later validated with a deeply studied problem of the multiphase literature: the vertical Rayleigh-Taylor Instability (P.7). A small segment of the thesis is dedicated to the usage of ROM-based methodologies, namely, Equivalent Mechanical Models (EMMs) and feedforward neural-networks. The data generated in the decay experimental tests (P.1) are used to tune the parameters of a bouncing ball model that matches the liquid induced dissipation of the vertical sloshing problem. This model is later used to generate a new dataset to train a feedforward neural-network. The identifed ROMs are compared to the experimental data displaying a good match (P.8). Additionally, the possiblity of providing the bouncing ball model with a predicitive capability is explored in the Appendix along with some of the frst results of a multi-input neural-network that can predict the hydrodynamic load for diferent amplitudes, frequencies, scales and flling levels. RESUMEN El objetivo principal de esta tesis por compendio es comprender la física y modelar la influencia del sloshing violento y confinado en el amortiguamiento de sistemas de un grado del libertad excitados verticalmente de una manera similar a la de un ala de un avión. Las ocho publicaciones incluidas en esta tesis P.l - P.8 y los resultados no publicados en el Apéndice aspiran a cumplir este objetivo principal usando tres metodologías diferentes: experimentales, numéricas y basadas en Modelos de Orden Reducido (MOR). El trabajo experimental de esta tesis consiste fundamentalmente en diseñar y construir una instalación experimental de ensayos de extinción para el estudio de sloshing vertical. En los ensayos de suelta rápida realizados en esta instalación, se estudia la influencia de algunos de los números adimensionales más relevantes del problema en el amortiguamiento inducido por sloshing para tres tanques escalados con las leyes de similitud de número de Froude (P.l y P.2). En el Apéndice, se muestran ensayos adicionales donde el problema de sloshing vertical se estudia en una instalación con movimiento harmónico forzado. Los datos generados en estas campañas experimentales han sido usadas para la validación de códigos CFD y para entrenar y ajustar parámetros de los MOR. La parte numérica de la tesis gira en torno a las simulaciones realizadas usando el código abierto AQUAgpusph que está basado en la formulación lagrangiana SPH. Primero, el código ha sido verificado y validado para el problema de sloshing violento y vertical (P.3, P.4 y P.5). Después, se explotan los resultados numéricos para analizar la infuencia en el amortiguamiento de otros números adimensionales que no pueden ser estudiados experimentalmente (P.3 y P.6). El último objetivo de la parte numérica de la tesis es implementar una formulación multifásica de SPH en AQUAgpusph. Esta formulación se valida después para un problema estudiado a fondo en la literatura multifásica: la inestabilidad de Rayleigh-Taylor vertical (P.7). Un pequeño fragmento de la tesis está dedicado a la utilización de metodologías basadas en MOR, concretamente, modelos mecánicos equivalentes y redes neuronales prealimentadas. Los datos generados en los ensayos de extinción (P.l) se han usado para ajustar los parámetros de un modelo de bola elástica que iguala la disipación inducida por el líquido en el problema de sloshing vertical. Este modelo se usa para generar un nuevo conjunto de datos para entrenar una red neuronal prealimentada. Los MOR identificados se han comparado con los datos experimentales mostrando una buena coincidencia de resultados (P.8). Además, en el Apéndice, se explora la posibilidad de dar al modelo de bola elástica una capacidad predictiva junto con los resultados preliminares de una red neuronal con múltiples entradas que puede predecir la carga hidrodinámica para diferentes amplitudes, frecuencias, escalas y niveles de llenado. |
