基于有限元ALE方法的弹性磁驱动微运动员的双向流体-结构耦合
偏微分方程分析
2025-11-11 v2
摘要
人工微型运动员通过外部磁场驱动具有针对性的生物医学应用前景，包括药物递送和微型机器人辅助治疗。然而，其动力学因磁动力学、弹性变形与流体相互作用的复杂非线性耦合而难以控制。因此，数值建模对于更好地理解、预测和优化其行为至关重要。本文提出了一种基于任意Lagrangian--Eulerian(ALE)配方的全面有限元框架，用于在受限生物环境中模拟可变形的弹性微型运动员。该方法采用全订单模型，同时解析完整的流体力学动力学，跟踪运动员变形和全局位移于一致的网格上。数值实验在开源有限元库Feel++上进行，结果与文献中的实验数据高度吻合。二维和三维验证基准测试确认了所提出框架的准确性、稳健性和计算效率，标志着为生物医学应用开发磁驱动微型运动员的“数字孪生”具有基础性意义。
引用
@article{arxiv.2511.02402,
title = {Two-way Coupling of Fluid--Structure Interaction for Elastic Magneto-Swimmers:A Finite Element ALE Approach},
author = {Christophe Prud'Homme and Vincent Chabannes and Laëtitia Giraldi and Agathe Chouippe and Céline Van Landeghem},
journal= {arXiv preprint arXiv:2511.02402},
year = {2025}
}