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厚结构流固耦合问题的时间自适应分区方法。 (英语) Zbl 07625385号

摘要:本文提出了一种基于自适应时间步长的流体-结构相互作用(FSI)问题的分区数值格式。粘性、不可压缩流体使用以任意拉格朗日-欧拉(ALE)形式表示的Navier-Stokes方程描述,而弹性结构则使用弹性动力学方程建模。我们基于界面上的Robin-Robin耦合条件实现了一个分区方案,并结合Cauchy的类单腿(theta)方法的重构和自适应时间步进。该方法是无条件稳定的,对于(θ=frac{1}{2}),它对应于中点规则,该规则在时间上是保守的和二阶收敛的。本文的重点是研究该方法的时间自适应特性,并探索可变时间步长中使用的参数。自适应过程基于局部截断误差(LTE),我们考虑了两种计算方法:使用改进的Adams-Bashforth两步法的Milne器件和Taylor方法。在数值例子中探讨了该方法的性能,将自适应方法与使用固定时间步长的方法进行了比较。我们给出了一个基于制造解方法的例子,其中研究了不同参数的影响,然后是二维通道内连接到非线性弹性杆的刚性圆柱体周围流动的经典基准问题。最后,我们给出了一个三维的、简化的柔顺动脉中的血流示例。

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65磅 常微分方程的数值解法
74英尺xx英寸 固体力学与其他效应的耦合
74Sxx型 固体力学中的数值方法和其他方法
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全文: 内政部

参考文献:

[1] 巴迪亚,S。;Nobile,F。;Vergara,C.,Robin-Robin流体-结构相互作用问题的预处理Krylov方法,计算。方法应用。机械。工程,198,33,2768-2784(2009)·Zbl 1228.76079号
[2] Banks,J。;亨肖,W。;Schwendeman,D.,FSI问题的新稳定分区算法分析。第一部分:不可压缩流和弹性固体,J.Compute。物理。,269, 108-137 (2014) ·Zbl 1349.74373号
[3] Banks,J。;亨肖,W。;Schwendeman,D.,FSI问题的新稳定分区算法分析。第二部分:不可压缩流和结构壳,J.Compute。物理。,268, 399-416 (2014) ·Zbl 1349.74372号
[4] 巴瑟·K·J。;Zhang,H.,《具有结构相互作用的一般流体流动的有限元开发》,国际J。数值。方法工程,60,1,213-232(2004)·兹比尔1060.76567
[5] Bazilevs,Y。;卡罗,V。;休斯·T。;Zhang,Y.,《等几何流体-结构相互作用:理论、算法和计算》,计算。机械。,43, 1, 3-37 (2008) ·Zbl 1169.74015号
[6] 布卡奇,M。;乔尼奇,S。;格洛温斯基,R。;穆哈,B。;Quaini,A.,《厚结构流体-结构相互作用问题的模块化算子分裂方案》,国际J·数值。液体方法,74,8,577-604(2014)·Zbl 1455.76034号
[7] 布卡奇,M。;Čanić,S。;Muha,B.,流体-复合材料-结构相互作用问题的分区方案,J.计算。物理。,281, 493-517 (2015) ·Zbl 1351.76321号
[8] 布卡奇,M。;塞博尔特,A。;Trenchea,C.,重构Cauchy方法:流体-厚结构相互作用问题的二阶分区方法,J.Math。流体力学。,23, 3, 1-25 (2021) ·Zbl 1477.65155号
[9] 布卡奇,M。;Trenchea,C.,流体-结构相互作用的自适应二阶无条件稳定分区方法,计算。方法应用。机械。工程,393,第114847条pp.(2022)·Zbl 1507.74115号
[10] 布卡奇,M。;约托夫,I。;Zunino,P.,流体与多层多孔弹性结构相互作用的算子分裂方法,Numer。方法偏微分。Equ.、。,31, 4, 1054-1100 (2015) ·Zbl 1329.74270号
[11] 布卡奇,M。;Muha,B.,流体-结构相互作用运动耦合方案扩展的稳定性和收敛性分析,SIAM J.Numer。分析。,54, 5, 3032-3061 (2016) ·Zbl 1457.65099号
[12] Burkardt,J。;Trenchea,C.,中点规则的重构,应用。数学。莱特。,107,第106438条pp.(2020)·Zbl 1453.65157号
[13] Causin,P。;Gerbeau,J.F。;Nobile,F.,《流体结构问题分区算法设计中的附加质量效应》,计算。方法应用。机械。工程师,194,42-44,4506-4527(2005)·Zbl 1101.74027号
[14] 克鲁泽克斯,M。;Lisbona,F.J.,《变步长、变形态、多步法的收敛性》,SIAM J.Numer。分析。,21, 3, 512-534 (1984) ·Zbl 0542.65038号
[15] 德鲁特,J。;布鲁格曼,P。;Haelterman,R。;Vierendeels,J.,FSI应用中分区求解器耦合技术的稳定性,计算。结构。,86, 23, 2224-2234 (2008)
[16] 德帕里斯,S。;费尔南德斯,M。;Formaggia,L.,使用发汗条件加速流体-结构相互作用的定点算法,数学。模型。数字。分析。,37, 4, 601-616 (2003) ·Zbl 1118.74315号
[17] Donea,J.,任意拉格朗日-欧拉有限元方法,(瞬态分析计算方法(1983),北荷兰:北荷兰阿姆斯特丹)·兹伯利0536.73062
[18] Failer,L。;Wick,T.,非线性流体-结构相互作用的自适应时间步长控制,J.Compute。物理。,366, 448-477 (2018) ·Zbl 1406.76048号
[19] Farhat,C。;范德泽,K。;Geuzaine,P.,瞬变非线性计算气动弹性的Provably二阶时间精确松耦合解算法,计算。方法应用。机械。工程,195,17,1973-2001(2006)·Zbl 1178.76259号
[20] Fernández,M.,《不可压缩流体-结构相互作用的增量位移校正方案:稳定性和收敛性分析》,数值。数学。,123, 21-65 (2012) ·Zbl 1331.76068号
[21] 费尔南德斯,M。;Landajuela,M.,《薄壁结构与不可压缩流体相互作用的完全解耦方案》,C.R.数学。,351, 3-4, 161-164 (2013) ·Zbl 1307.74031号
[22] Formaggia,L。;Quarteroni,A。;Veneziani,A.,《心血管数学:循环系统的建模与仿真》,第1卷(2010年),Springer Science&Business Media
[23] 齿轮,C.W。;Tu,K.W.,可变网格尺寸对多步方法稳定性的影响,SIAM J.Numer。分析。,11, 1025-1043 (1974) ·Zbl 0292.65041号
[24] Gear,W.,《常微分方程中的数值初值问题》,第1卷(1971),普伦蒂斯·霍尔·Zbl 1145.65316号
[25] 吉,M。;Küttler,美国。;Wall,W.,《用于流体-结构相互作用的真正整体式代数多重网格》,国际期刊Numer。方法工程,85,8,987-1016(2011)·Zbl 1217.74121号
[26] 杰布·J·F。;Vidrascu,M.,基于简化模型的血液流动中流体-结构相互作用问题的准牛顿算法,ESAIM:Math。模型。数字。分析。,37,4631-647(2003年)·Zbl 1070.74047号
[27] 格里菲斯,D。;Higham,D.,《常微分方程的数值方法:初值问题》,Springer本科数学系列(2010),Springer-Verlag伦敦有限公司:Springer-Verlag伦敦公司·Zbl 1209.65070号
[28] 海尔,E。;诺塞特,S.P。;Wanner,G.,《求解常微分方程》。一: 非刚性问题,计算数学中的Springer系列,第8卷(1993),Springer-Verlag:Springer-Verlag Berlin·兹比尔0789.65048
[29] Hansbo,P.,计算力学中界面问题的Nitsche方法,GAMM-Mitt。,28, 2, 183-206 (2005) ·Zbl 1179.65147号
[30] Hecht,F.,《FreeFem++的新发展》,J.Numer。数学。,20, 3-4, 251-266 (2012) ·兹比尔1266.68090
[31] Heil,M.,大排量流体-结构相互作用问题全耦合解的有效解算器,计算机。方法应用。机械。工程,193,1-2,1-23(2004)·Zbl 1137.74439号
[32] Hron,J。;Turek,S.,《流体-结构相互作用ALE公式的整体FEM/多重网格解算器及其在生物力学中的应用》,(流体-结构交互作用。流体-结构互动,计算科学与工程讲义,第53卷(2006),Springer:Springer-Blin,Heidelberg),146-170·Zbl 1323.74086号
[33] Jodlbauer,D。;兰格,美国。;Wick,T.,《流体-结构相互作用问题的并行块-预处理单片解算器》,国际期刊数值。方法工程,117,6,623-643(2019)
[34] 库利科夫,G.Y。;Shindin,S.K.,常微分方程和局部全局步长控制的一列变系数公式,数值。算法,43,199-121(2006)·Zbl 1109.65061号
[35] 库利科夫,Y。;Shindin,S.K.,《自动控制全局误差的多步插值型方法》,Zh。维奇尔。Mat.Mat.Fiz.公司。,44, 8, 1388-1409 (2004) ·Zbl 1077.65080号
[36] Lambert,J.D.,《常微分方程中的计算方法》,《科学家和工程师入门数学》(1973年),John Wiley&Sons:John Willey&Sons London-New York-Sydney·Zbl 0258.65069号
[37] Lambert,J.D.,《常微分系统的数值方法:初值问题》(1991),John Wiley&Sons有限公司:John Willey&Sons,Ltd.奇切斯特·Zbl 0745.65049号
[38] 兰格,美国。;Yang,H.,超弹性模型流体-结构相互作用问题的数值模拟:整体方法,数学。计算。模拟。,145, 186-208 (2018) ·Zbl 1485.74097号
[39] 莱顿,W。;裴,W。;秦,Y。;Trenchea,C.,Dahlquist、Liniger和Nevanlinna(2022)方法中的时间步长自适应性,匹兹堡大学,技术报告
[40] 卢卡科娃-梅德维德·奥娃,M。;Rusnáková,G。;Hundertmark-Zaušková,A.,血流动力学中流体-结构相互作用的运动分裂算法,计算。方法应用。机械。工程师,265,83-106(2013)·Zbl 1286.76176号
[41] Mayr,M。;Wall,W.A。;Gee,M.W.,流体-结构相互作用求解器的自适应时间步进,有限元。分析。设计。,141, 55-69 (2018)
[42] Milne,W.E.,《常微分方程的数值积分》,《美国数学》。周一。,33, 9, 455-460 (1926)
[43] 穆哈,B。;乔安尼奇,S.,流体-多层结构相互作用问题解的存在性,J.Differ。Equ.、。,256, 2, 658-706 (2014) ·Zbl 1326.35282号
[44] Nobile,F.,流体-结构相互作用问题的数值近似及其在血流动力学中的应用(2001),EPFL:EPFL瑞士,博士论文
[45] Nobile,F。;Vergara,C.,广义Robin条件下血管动力学的有效流体-结构相互作用公式,SIAM J.Sci。计算。,30731-763(2008年)·Zbl 1168.74038号
[46] Oyekole,O。;特伦切亚,C。;Bukać,M.,流体-结构相互作用问题的二阶时间近似,SIAM J.Numer。分析。,56, 1, 590-613 (2018) ·Zbl 1382.74048号
[47] Richter,T.,《ale公式中流体-结构相互作用的整体几何多重网格解算器》,国际期刊Numer。方法工程,104,5,372-390(2015)·Zbl 1352.76066号
[48] Ryzhakov,P。;罗西,R。;Idelsohn,S。;Oñate,E.,流体-结构相互作用问题的整体拉格朗日方法,计算。机械。,46, 6, 883-899 (2010) ·Zbl 1344.74016号
[49] Schóberl,J.,《NGSolve中有限元的C++11实现》(2014),维也纳理工大学分析与科学计算研究所,ASC报告30/2014
[50] 塞博尔特,A。;Bukać,M.,流体与厚结构相互作用的非迭代区域分解方法,Numer。方法偏微分。Equ.、。,37, 4, 2803-2832 (2021)
[51] 沙曼斯基,A。;Simeon,B.,《流体-结构相互作用中的网格移动技术:鲁棒性、累积畸变和计算效率》,计算。机械。,67, 2, 583-600 (2021) ·Zbl 07360519号
[52] Shampine,L。;Gordon,M.,《常微分方程的计算机解》(1975),W.H.Freeman and Co.:W.H.Freeman和Co.,加利福尼亚州旧金山·Zbl 0347.65001号
[53] 斯坦因,K。;Tezduyar,T。;Benney,R.,《大位移流体-结构相互作用的网格移动技术》,J.Appl。机械。,70, 1, 58-63 (2003) ·Zbl 1110.74689号
[54] Turek,S。;Hron,J.,弹性物体和层流不可压缩流之间流体-结构相互作用的数值基准建议,(流体-结构交互作用,流体-结构互动,Lect.Notes计算科学与工程,第53卷(2006年),Springer:Springer Berlin),371-385·Zbl 1323.76049号
[55] Ulrich,K。;Wall,W.A.,具有动态松弛的固定点流体-结构相互作用求解器,计算。机械。,43, 61-72 (2008) ·Zbl 1236.74284号
[56] 沃萨,P。;丘纳,S。;Bolisa,A。;Eskilssonc,C。;Kirbyd,R.M。;Sherwina,S.J.,《时间步进偏微分方程的通用框架:一般线性方法、面向对象的实现和流体问题的应用》,《国际计算杂志》。流体动力学。,25, 3, 107-125 (2011) ·Zbl 1271.76221号
[57] 王,D。;Dong,S。;宁,M。;Inceick,A.,《用于强耦合流体-结构相互作用模拟的扩展可变时间步长Adams-Bashfort-Moulton方法》,海洋工程,219,第108335页,(2021)
[58] Wang,Z。;木材,N.B。;Xu,X.Y.,脉动流下颈动脉的粘弹性流体-结构相互作用模型,国际期刊数值。方法生物识别。工程,31,5(2015)
[59] Wick,T.,使用不同网格运动技术的流体-结构相互作用,计算。结构。,89, 13-14, 1456-1467 (2011)
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