一种用于解析缆索子系统对全耦合流固耦合贡献的嵌入式边界方法

以细长、柔性的结构元件为特征的缆索子系统存在于众多工程系统中。在每一个这样的系统中，单根缆索与周围流体之间的相互作用是不可避免的。这种流固耦合（Fluid-Structure Interaction, FSI）在文献中受到的关注较少，这可能是由于不同空间维度的流体和结构半离散化所固有的复杂性。本文提出了一种嵌入式边界方法来填补这一空白，其中缆索的动力学由其中心线的标准有限元表示 $\mathcal C$ 捕获，而其几何形状则由嵌入流体网格中的离散表面 $\Sigma_h$ 表示。所提出的方法建立在 $\mathcal C$ 和 $\Sigma_h$ 之间的主从运动学关系、一个基于 $\mathcal C$ 的动态状态计算 $\Sigma_h$ 运动/变形的简单算法，以及一种将 $\Sigma_h$ 上计算的载荷传递到 $\mathcal C$ 的能量守恒方法之上。通过两个涉及缆索子系统大变形和/或运动以及湍流的高度非线性应用，即一个空中加油模型问题和一个具有挑战性的超音速降落伞充气问题，证明了该方法的有效性。所提出的方法使用数值数据进行了验证，并使用真实飞行数据进行了确认。