包含自由表面接触的固体与液体膜的单体流固耦合公式
计算物理
2018-12-31 v2 计算工程、金融与科学
摘要
我们提出了一种适用于固体、液体和混合膜的统一流固耦合（FSI）公式。非线性有限元（FE）和广义-alpha 格式分别用于空间和时间离散化。膜离散化基于曲线曲面单元，能够描述大变形和大转动，并为接触提供了直接的描述。流体由不可压 Navier-Stokes 方程描述，其离散化基于稳定的 Petrov-Galerkin FE。流体与结构之间的耦合采用协调的锐界面离散化，由此产生的非线性 FE 方程在 Newton-Raphson 格式内以单体方式求解。流体采用任意拉格朗日-欧拉公式，以考虑结构周围的网格运动。该公式非常通用，允许包含自由表面接触在内的多种应用。这通过两个解析示例和三个展现流固强耦合的数值示例得到了证明。示例包括气球膨胀、液滴滚动和拍动旗帜。它们跨越了从 0.001 到 2000 的雷诺数范围。其中一个示例考虑了使用等几何 FE 向无转动壳的扩展。
引用
@article{arxiv.1710.02128,
title = {A monolithic fluid-structure interaction formulation for solid and liquid membranes including free-surface contact},
author = {Roger A. Sauer and Tobias Luginsland},
journal= {arXiv preprint arXiv:1710.02128},
year = {2018}
}
备注
38 pages, 17 figures