考虑材料损伤与失效的流固耦合浸入式近场动力学模型

本文发展并基准测试了一种浸入式近场动力学方法，用于在流固耦合框架中模拟超弹性材料的变形、损伤与失效。该浸入式近场动力学方法描述浸没于黏性不可压缩流体中的不可压缩结构。它以欧拉形式表达动量方程与不可压缩约束，并以拉格朗日形式描述结构运动与合力。欧拉变量与拉格朗日变量之间的耦合通过具有狄拉克 delta 函数核的积分变换实现，如同标准浸入边界法那样。我们的方法与常规浸入边界法的主要区别在于，我们使用近场动力学而非经典连续介质力学来确定结构力。我们聚焦于非普通态基近场动力学材料描述，其允许我们采用本构对应框架，从而可利用表征良好的软材料非线性本构模型。我们使用广泛使用的非线性不可压缩弹性基准问题，将本方法的收敛性与精度同常规及浸入式有限元方法进行比较。我们证明，对于近场动力学视域尺寸的若干选择，浸入式近场动力学方法在相似数量的结构自由度下可获得可比的精度。我们还证明，该方法能够生成网格收敛的流体驱动材料损伤增长、裂纹形成与扩展以及大变形下破裂的模拟。