Advancements in an implicit grid displacement method based on
rigid body motion theory for use in aerodynamic shape
optimization

Σπυρόπουλος, Χαράλαμπος; Spyropoulos, Charalampos

dc.contributor.author	Σπυρόπουλος, Χαράλαμπος	el
dc.contributor.author	Spyropoulos, Charalampos	en
dc.date.accessioned	2025-12-12T11:34:02Z
dc.date.available	2025-12-12T11:34:02Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/63052
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.30748
dc.rights	Default License
dc.subject	Υπολογιστική Ρευστοδυναμική	el
dc.subject	Μετατόπιση πλέγματος	el
dc.subject	Αεροδυναμική βελτιστοποίηση	el
dc.subject	Μη-δομημένα πλέγματα	el
dc.subject	Computational Fluid Dynamics	en
dc.subject	Mesh displacement	en
dc.subject	Aerodynamic optimization	en
dc.subject	Unstructured mesh	en
dc.title	Advancements in an implicit grid displacement method based on rigid body motion theory for use in aerodynamic shape optimization	en
dc.title	Αναβαθμίσεις σε μια Μέθοδο Μετατόπισης Πλέγματος βασισμένη στη Θεωρία Κίνησης Απαραμόρφωτου Σώματος για χρήση στην Αεροδυναμική Βελτιστοποίηση Μορφής	el
heal.type	masterThesis
heal.classification	mesh displacement	en
heal.classification	computational fluid dynamics	en
heal.language	en
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2025-02-13
heal.abstract	Αυτή η διατριβή παρουσιάζει την ανάπτυξη, τον προγραμματισμό και την αξιολόγηση της μεθόδου Κίνησης Απαραμόρφωτου Σώματος, ενισχυμένης με βάρη ανάλογα της απόστασης (Distance Weighted Rigid Body Motion, DWRBM), μιας τεχνικής μετατόπισης πλέγματος που έχει σχεδιαστεί για τη διατήρηση της ποιότητας του πλέγματος κατά τη διάρκεια μεγάλων γεωμετρικών παραμορφώσεων. Με την ενσωμάτωση των αρχών κίνησης απαραμόρφωτου σώματος και ενός μηχανισμού βαρύτητας με βάση την απόσταση, η μέθοδος διατηρεί αποτελεσματικά την ποιότητα του πλέγματος κοντά στα όρια και ελαχιστοποιεί τον κίνδυνο αναστροφής των κελιών. Βασιζόμενη στις μη γραμμικές και γραμμικοποιημένες μεθόδους που παρουσιάστηκαν σε προηγούμενη διπλωματική εργασία [5], αυτή η μελέτη βελτιώνει την απόδοσή τους μέσω της εφαρμογής της τεχνικής βαρύτητας με βάση την απόσταση.΄Ενας επιλύτης GMRES αναπτύχθηκε σε C++ χρησιμοποιώντας ένα τροποποιημένο σχήμα αποθήκευσης (modified Compressed Sparse Row, mCSR), για την επίλυση των συστημάτων που προκύπτουν από το πρόβλημα βελτιστοποίησης. Επίσης αναπτύχθηκαν και δοκιμάστηκαν δύο τεχνικές προσταθεροποίησης, η διαγώνια και η Gauss-Seidel. Τέλος ο αλγόριθμος δοκιμάστηκε σε διάφορες δισδιάστατες (2Δ) και τρισδιάστατες (3Δ) εφαρμογές. Η μέθοδος DWRBM έδειξε ευελιξία και αποτελεσματικότητά στην παραμόρφωση πλέγματος, δείχνοντας σημαντική προοπτική για ενσωμάτωση σε σύγχρονες ροές εργασίας Υπολογιστικής Ρευστοδυναμικής και αεροδυναμικής βελτιστοποίησης. Συγκριτικά με προηγούμενες υλοποιήσεις[5], η μέθοδος πέτυχε ταχύτερη απόδοση, βελτιωμένη ποιότητα πλέγματος και επέτρεψε σημαντικά μεγαλύτερες μετατοπίσεις στις ίδιες περιπτώσεις δοκιμών. Πιο συγκεκριμένα, η χρήση της τεχνικής βαρύτητας κατέστησε εφικτές τις μετατοπίσεις χωρίς την ανάγκη υπο-βημάτων για μη ακραίες περιπτώσεις. Επιπλέον, ο συνδυασμός της τεχνικής βαρύτητας και της γραμμικοποίησης μέσω της προσέγγισης μικρών γωνιών βελτίωσε σημαντικά την ταχύτητα και την υπολογιστική αποδοτικότητα του αλγορίθμου. Πέραν αυτών, η προσταθεροποίηση στον GMRES αποδείχθηκε εξαιρετικά αποτελεσματική, επιταχύνοντας σημαντικά τη σύγκλιση.	el
heal.abstract	This thesis presents the development, programming, and evaluation of the Distance-Weighted Rigid Body Motion (DWRBM) method, a mesh displacement technique designed to preserve mesh quality during large geometric deformations. By integrating rigid body motion principles with a distance-based weighting mechanism, the method effectively maintains mesh quality near boundaries and minimizes the risk of inverted cells, even in complex cases. Building upon the non-linear and linearized methods introduced in a previous diploma thesis[5], this work enhances their performance through the application of the distancebased weighting technique. A GMRES solver was developed in C++ utilizing a modified Compressed Sparse Row (mCSR) storage scheme, to solve the systems, arising from the optimization problem. Two preconditioning approaches, diagonal and Gauss-Seidel, were implemented and assessed. The algorithm was rigorously tested across various 2D and 3D cases. The DWRBM method has demonstrated its versatility and effectiveness in mesh deformation, showing considerable promise for integration into modern CFD workflows and aerodynamic optimization processes. Compared to previous implementations [5], the method achieved faster performance, improved mesh quality, and facilitated significantly larger displacements in the same test cases. More specifically, the use of the weighting technique rendered the displacement feasible without requiring sub-steps in non-extreme cases. Additionally, the combination of weighting and linearization through the small-angle approximation significantly improved the algorithm’s speed and computational efficiency. Moreover, the preconditioning in the GMRES solver proved highly effective, greatly accelerating convergence.	en
heal.advisorName	Γιαννάκογλου, Κυριάκος	el
heal.advisorName	Giannakoglou, Kyriakos	en
heal.committeeMemberName	Ριζιώτης, Βασίλειος	el
heal.committeeMemberName	Μπούρης, Δημήτριος	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Μηχανολόγων Μηχανικών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	103 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false