Numerically stable fluid–structure interactions between compressible flow and solid structures

压缩性 可压缩流 流体力学 边值问题 流固耦合 欧拉路径 流量(数学) 数学 约束(计算机辅助设计) 浸入边界法 机械 边界(拓扑) 经典力学 应用数学 数学分析 物理 几何学 有限元法 拉格朗日 热力学
作者
Jon Gretarsson,Nipun Kwatra,Ronald Fedkiw
出处
期刊:Journal of Computational Physics [Elsevier]
卷期号:230 (8): 3062-3084 被引量:45
标识
DOI:10.1016/j.jcp.2011.01.005
摘要

We propose a novel method to implicitly two-way couple Eulerian compressible flow to volumetric Lagrangian solids. The method works for both deformable and rigid solids and for arbitrary equations of state. The method exploits the formulation of [11] which solves compressible fluid in a semi-implicit manner, solving for the advection part explicitly and then correcting the intermediate state to time tn+1 using an implicit pressure, obtained by solving a modified Poisson system. Similar to previous fluid–structure interaction methods, we apply pressure forces to the solid and enforce a velocity boundary condition on the fluid in order to satisfy a no-slip constraint. Unlike previous methods, however, we apply these coupled interactions implicitly by adding the constraint to the pressure system and combining it with any implicit solid forces in order to obtain a strongly coupled, symmetric indefinite system (similar to [17], which only handles incompressible flow). We also show that, under a few reasonable assumptions, this system can be made symmetric positive-definite by following the methodology of [16]. Because our method handles the fluid–structure interactions implicitly, we avoid introducing any new time step restrictions and obtain stable results even for high density-to-mass ratios, where explicit methods struggle or fail. We exactly conserve momentum and kinetic energy (thermal fluid–structure interactions are not considered) at the fluid–structure interface, and hence naturally handle highly non-linear phenomenon such as shocks, contacts and rarefactions.

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
更新
PDF的下载单位、IP信息已删除 (2025-6-4)

科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
大聪明完成签到,获得积分10
刚刚
科目三应助伊尔采纳,获得10
刚刚
酷酷元风完成签到,获得积分10
刚刚
1秒前
2秒前
玻璃外的世界完成签到,获得积分10
2秒前
边缘选手发布了新的文献求助10
2秒前
时雨完成签到,获得积分10
2秒前
JamesPei应助杨羕采纳,获得10
2秒前
2秒前
爱听歌的大地完成签到 ,获得积分10
3秒前
3秒前
naki完成签到,获得积分10
3秒前
hismeng发布了新的文献求助20
3秒前
清新王老吉完成签到,获得积分10
3秒前
橙陈陈完成签到,获得积分10
3秒前
4秒前
孤单不如流浪完成签到,获得积分10
4秒前
牧水之完成签到 ,获得积分10
5秒前
杨颖完成签到,获得积分10
5秒前
柳贯一发布了新的文献求助30
5秒前
God完成签到,获得积分10
6秒前
香蕉觅云应助现实的一天采纳,获得10
6秒前
6秒前
山月系晚星完成签到,获得积分10
7秒前
花火易逝发布了新的文献求助10
7秒前
茉行完成签到,获得积分10
7秒前
7秒前
8秒前
关于我发布了新的文献求助10
8秒前
平凡完成签到,获得积分10
8秒前
魏你大爷完成签到,获得积分10
8秒前
莴苣完成签到,获得积分10
9秒前
wxf完成签到,获得积分10
9秒前
9秒前
过时的沛槐完成签到,获得积分10
9秒前
9秒前
科研通AI6应助碧琴采纳,获得10
9秒前
分析完成签到 ,获得积分10
10秒前
生活散文发布了新的文献求助10
10秒前
高分求助中
(应助此贴封号)【重要!!请各用户(尤其是新用户)详细阅读】【科研通的精品贴汇总】 10000
List of 1,091 Public Pension Profiles by Region 1621
Les Mantodea de Guyane: Insecta, Polyneoptera [The Mantids of French Guiana] | NHBS Field Guides & Natural History 1500
Lloyd's Register of Shipping's Approach to the Control of Incidents of Brittle Fracture in Ship Structures 1000
Brittle fracture in welded ships 1000
Metagames: Games about Games 700
King Tyrant 680
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 生物 医学 工程类 计算机科学 有机化学 物理 生物化学 纳米技术 复合材料 内科学 化学工程 人工智能 催化作用 遗传学 数学 基因 量子力学 物理化学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 5573758
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 4660031
关于积分的说明 14727408
捐赠科研通 4599888
什么是DOI,文献DOI怎么找? 2524520
邀请新用户注册赠送积分活动 1494877
关于科研通互助平台的介绍 1464977