一种用于流固耦合的光滑粒子流体动力学与有限元耦合新格式：滑移边界粒子方法
计算工程、金融与科学
2021-06-16 v2
摘要
本文提出了一种求解流固耦合（FSI）问题的新型数值格式，其中流体场采用光滑粒子流体动力学（SPH）进行空间离散，结构场采用有限元方法（FEM）进行离散。与完全基于网格的FSI框架相比，由于SPH的拉格朗日特性，该框架可轻松扩展以考虑由多相和动态相变组成的更复杂流体。此外，该方法无需额外的方法学和计算代价即可处理流体域及流固界面的巨大变形。特别地，为了即使在强弯曲界面几何下也能准确表征流体粒子与结构单元间的相互作用力，提出了一种新颖的滑移边界粒子方法，以确保界面附近SPH粒子的完整支撑。流体场与结构场的耦合基于Dirichlet-Neumann分区方法，其中流体场为给定界面位移的Dirichlet分区，结构场为受界面力的Neumann分区。为克服弱耦合格式固有的不稳定性，采用了迭代不动点耦合方案。通过若干已知基准测试的 numerical 算例，验证了所提格式的精度、稳定性和鲁棒性。最后，研究了一个高柔性薄壁气球状容器的填充过程，其作为接近于所提格式在生物力学领域潜在应用场景的模型问题。
引用
@article{arxiv.2010.09526,
title = {A novel smoothed particle hydrodynamics and finite element coupling scheme for fluid-structure interaction: the sliding boundary particle approach},
author = {Sebastian L. Fuchs and Christoph Meier and Wolfgang A. Wall and Christian J. Cyron},
journal= {arXiv preprint arXiv:2010.09526},
year = {2021}
}