Este trabalho apresenta o desenvolvimento de uma ferramenta computacional para a análise numérica de problemas de interação fluido-estrutura, em que o domínio do fluido é discretizado por meio da combinação de aproximações baseadas na Análise Isogeométrica e no Método dos Elementos Finitos clássico. Consideram-se escoamentos incompressíveis, sendo o domínio fluido representado por uma discretização global fixa e não conforme à estrutura, sobre a qual se sobrepõe uma discretização local, mais refinada e adaptada à interface fluido-estrutura. O escoamento incompressível é solucionado por meio de uma formulação estabilizada, permitindo aproximações de mesma ordem para as variáveis de velocidade e pressão, com integração temporal implícita realizada pelo método α- generalizado. O acoplamento entre os modelos local e global de fluido é tratado por uma formulação estabilizada do Método Arlequin, que consiste em superpor dois modelos — um discretizado por elementos finitos e outro por análise isogeométrica — e compatibilizá- los por meio de um campo de multiplicadores de Lagrange definido sobre uma região denominada zona de colagem. Para garantir a estabilidade do campo de multiplicadores e ampliar a flexibilidade da formulação, adiciona-se uma parcela estabilizadora baseada no resíduo da equação governante. A movimentação do modelo local de fluido, bem como o acoplamento com a estrutura, são viabilizados pela adoção de uma descrição lagrangiana-euleriana arbitrária das equações governantes. A estrutura é modelada por meio de elementos de casca com cinemática de Reissner-Mindlin, utilizando uma formulação posicional do Método dos Elementos Finitos em descrição lagrangiana total, adequada à análise dinâmica com grandes deslocamentos. O acoplamento fluido-estrutura é realizado por um esquema particionado forte do tipo bloco-iterativo, que assegura a interação consistente entre os dois meios. Além de garantir uma discretização com resolução suficiente para capturar efeitos localizados próximos à estrutura, como os associados à camada limite, a metodologia proposta combina as vantagens dos métodos de malhas móveis e de malhas fixas (contornos imersos), permitindo a simulação eficiente de problemas que, no contexto de métodos de malhas móveis tradicionais, exigiriam remalhamento global. A abordagem desenvolvida também proporciona maior flexibilidade na escolha das discretizações e melhora o desempenho computacional em análises tridimensionais complexas de interação fluido-estrutura.

This work presents the development of a computational tool for numerical analysis of fluid-structure interaction problems, in which the fluid domain is discretized by combining approximations based on Isogeometric Analysis and the classical Finite Element Method. Incompressible flows are considered, with the fluid domain represented by a fixed global discretization, nonconforming to the structure, upon which a refined local discretization, adapted to the fluid–structure interface, is superposed. The incompressible flow is solved through a stabilized formulation that allows equal-order interpolation for velocity and pressure fields, with implicit time integration performed using the generalized-α method. The coupling between the local and global fluid models is handled by a stabilized formula- tion of the Arlequin Method, which consists in superposing two models—one discretized by finite elements and the other by isogeometric analysis—and enforcing compatibility through a field of Lagrange multipliers defined over a region called the gluing zone. To ensure the stability of the multiplier field and enhance the flexibility of the formulation, a stabilization term based on the residual of the governing equations is added. The motion of the local fluid model, as well as the coupling to the structure, is achieved through an Arbitrary Lagrangian–Eulerian description of the governing equations. The structure is modeled using Reissner–Mindlin shell elements within a positional finite element formula- tion under a total lagrangian description, suitable for dynamic analyses involving large displacements. The fluid–structure coupling is performed using a strong partitioned block iterative scheme that ensures consistent interaction between the two media. In addition to providing a discretization capable of capturing localized effects near the structure—such as boundary-layer phenomena—the proposed methodology combines the advantages of moving-mesh and fixed-mesh (immersed boundary) methods. This approach enables ef- ficient simulation of problems that, in the context of traditional moving-mesh methods, would require global remeshing. In addition, it offers greater flexibility in the choice of discretizations and improved computational performance in complex three-dimensional fluid–structure interaction analyses.