面向3D全Euler型流体-结构相互作用的摩擦滑动接触相场模型

流体环境中的摩擦滑动接触可在广泛的工程应用中找到。准确的建模需要一种能够解决大规模相对运动、多相相互作用和非线性接触响应的集成数值框架。基于我们先前开发的全Euler型流体-结构公式，本文引入了一个用于3D动态摩擦接触的相场模型。通过碰撞固体界面重叠实现接触检测。法向接触响应定义为与重叠参数成正比的体力，而切向响应则使用库仑摩擦模型计算。摩擦力的方向通过将相平均相对速度投影到碰撞固体的局部切平面上获得。该提议的统一处理使我们能够在单个动量平衡方程中计算法向和摩擦力，避免为单个固体设置单独的速度场。我们提出了几个复杂度递增的测试案例，以验证和展示所提议的摩擦接触模型。与Hertz接触问题的验证结果表明，牵拉轮廓的误差小于3%。在滑动块基准测试中，计算得到的位移轮廓在多个摩擦系数下均与点质量系统的解析解高度吻合。铁树问题表明，在有限形变下，该模型能够稳健地预测力量，法向和切向力均符合动力学摩擦定律。该提议公式的鲁棒性和可扩展性，通过代表性的船舶冰 interaction 场景（包含自由表面和摩擦滑动效应）得到进一步展示。