一种浆体与运动部件及可变形固体相互作用的模拟技术及其应用
计算工程、金融与科学
2017-03-16 v1
摘要
提出了一种用于含颗粒流体与可变形固体域及移动刚性部件相互作用的数值方法，并在完整工程系统中予以实现。流体域采用格子玻尔兹曼表示进行建模，颗粒与刚性部件采用离散元表示进行建模，可变形固体域采用拉格朗日网格进行建模。由于上述每种方法单独而言均为成熟工具，因此本研究的主要问题是开发耦合与模型降阶方法，以高效模拟此类耦合问题，正如在各类地质与工程应用中所出现的那样。格子玻尔兹曼方法结合了使用 Smagorinsky 湍流模型的大涡模拟技术。离散元方法结合了球形与多面体颗粒，用于刚性接触相互作用。可变形固体采用 neo-Hookean 超弹性模型。我们详细描述了如何在统一算法中耦合这三个求解器。我们提出的橡胶建模/耦合技术利用了一种简化方法，避免了在每个时间步求解有限元问题。我们还开发了一种技术，通过用准解析解替换特定区域来缩减完整系统的域尺寸，这些准解析解作为格子玻尔兹曼方法的有效边界条件。该例程的主要组成部分分别得到了验证。为了全面演示该耦合方法，我们模拟了两种活塞阀几何形状中的浆体流动。在大范围输入参数下研究并报告了阀门与浆体的动力学。
引用
@article{arxiv.1703.05158,
title = {A simulation technique for slurries interacting with moving parts and deformable solids with applications},
author = {Patrick Mutabaruka and Ken Kamrin},
journal= {arXiv preprint arXiv:1703.05158},
year = {2017}
}