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使用DualSPHysics和Project Chrono的FEA模块耦合进行三维波浪诱导柔性植被动力学的数值研究

乔·埃尔·拉希(根特大学),伊万·马丁内斯·埃斯特韦斯,博纳文图拉·塔利亚菲罗,何塞·M·多明格斯,亚历杭德罗·克雷斯波,维奇·斯特拉蒂加基(根特大学),铃木友弘和彼得·特罗奇(根特大学)
(2023)海洋工程. 285（第1部分）.
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摘要
沿海水域的植被草甸是未来绿色防御一揽子计划的关键组成部分，因为它们提供的生态系统服务以及衰减波浪能量的潜力。为了数值描述波浪作用下的植被动态，本文提出了一种新的数值耦合方法，用于解决三维环境中涉及超薄单元的流体-弹性-结构相互作用（FSI）问题。本工作中使用的扩展双向耦合结合了DualSPHysics代码中的无网格光滑粒子流体动力学（SPH）方法来求解流体流动，以及Project Chrono中的有限元分析（FEA）结构求解器来求解结构动力学。为了表示植被，使用了基于欧拉-贝努利梁模型的柔性结构。使用包络子域（使用虚拟边界粒子离散）将梁单元嵌入SPH域。因此，该虚拟包络作为结构几何特性的解耦接口，允许小于初始粒子间距（dp）的超薄结构。通过一个包含柔性叶片在振荡流作用下摆动的实验装置验证了该数值方法。结果表明，该数值模型能够解决波-植被相互作用问题。此外，对叶片动力学的进一步研究表明，摇摆速度沿长度线性增加，上部摇摆速度与流体速度相当，而阀杆保持相对静止。此外，研究结果表明，刚性植被每单位长度承受的力更大，在有大量摇摆运动的系统中，能量耗散主要发生在植被较低的基底周围。
关键词
海洋工程,环境工程,波-植被相互作用,植被动态,流体弹性,结构相互作用,SPH-FEA联轴器,双球面物理学,ProjectChrono项目,光滑粒子流体动力学,FLOW（流量）,传播,型号,衰减,模拟,GENERATION公司,保护,打破,紧急情况

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El Rahi，Joe等人，“利用双球面物理和Chrono项目FEA模块之间的耦合，对三维波诱导柔性植被动力学进行数值研究”海洋工程，第285卷，第1部分，2023年，doi:10.1016/j.oceaneng.2023.115227。
亚太地区
El Rahi，J.，Martínez-Estévez，I.，Tagliaferro，B.，Domínguez，J.M.，Crespo，A.J.C.，Stratigaki，V.，…Troch，P.（2023）。使用DualSPHysics和Project Chrono的FEA模块之间的耦合，对三维波浪诱导的柔性植被动力学进行数值研究。海洋工程,285（第1部分）。https://doi.org/10.1016/j.oceaneng.2023.115227
芝加哥作者日期
El Rahi、Joe、Iván Martínez-Estévez、Bonaventura Tagliaferro、JoséM.Domínguez、Alejandro J.C.Crespo、Vicky Stratigaki、Tomohiro Suzuki和Peter Troch。2023.“利用双球面物理和Chrono项目有限元分析模块之间的耦合，对三维波诱导柔性植被动力学进行数值研究。”海洋工程285（第1部分）。https://doi.org/10.1016/j.oceaneng.2023.115227。
芝加哥作者日期（所有作者）
El Rahi、Joe、Iván Martínez-Estévez、Bonaventura Tagliaferro、JoséM.Domínguez、Alejandro J.C.Crespo、Vicky Stratigaki、Tomohiro Suzuki和Peter Troch。2023.“利用双球面物理和Chrono项目有限元分析模块之间的耦合，对三维波诱导柔性植被动力学进行数值研究。”海洋工程285（第1部分）。doi:10.1016/j.oceaneng.2023.115227。
温哥华
1
El Rahi J、Martínez-Estévez I、Tagliaferro B、Domínguez JM、Crespo AJC、Stratigaki V等。利用双球面物理与Chrono项目有限元分析模块之间的耦合，对三维波浪诱导的柔性植被动力学进行数值研究。海洋工程2023；285（第1部分）。
电气与电子工程师协会
[1]
J·埃尔·拉希等。，“使用DualSPHysics和Project Chrono的FEA模块之间的耦合，在3D中对波浪诱导的柔性植被动力学进行数值研究，”海洋工程，第285卷，第1部分，2023年。
@文章{01HBGMJAEEVWZWYFA64733VRRH，沿海水域的植被草甸是未来绿色防御一揽子计划的关键组成部分，因为它们提供的生态系统服务和衰减波浪能量的潜力。为了数值描述波浪作用下的植被动力学，本文提出了一种新的数值耦合方法，用于解决三维环境中涉及超薄单元的流体-弹性-结构相互作用（FSI）问题。本工作中使用的扩展双向耦合结合了DualSPHysics代码中的无网格光滑粒子流体动力学（SPH）方法来求解流体流动，以及Project Chrono中的有限元分析（FEA）结构求解器来求解结构动力学。为了表示植被，使用了基于欧拉-贝努利梁模型的柔性结构。使用包络子域（使用虚拟边界粒子离散）将梁单元嵌入SPH域。因此，该伪包络用作结构的几何特性的去耦界面，允许小于初始粒子间距离（dp）的超薄结构。该数值方法通过实验装置进行了验证，实验装置包括在振荡流作用下摆动的柔性叶片。结果表明，该数值模型能够解决波-植被相互作用问题。此外，对叶片动力学的进一步研究表明，摇摆速度沿长度线性增加，上部摇摆速度与流体速度相当，而阀杆保持相对静止。此外，研究结果表明，刚性植被单位长度承受更大的力，在有大量摇摆运动的系统中，能量耗散主要发生在植被底部附近，articleno={{115227}}，author={{El Rahi，Joe and Martínez-Estévez，Iván and Tagliaferro，Bonaventura and Domínguez，JoséM.and Crespo，Alejandro J.C.and Stratigaki，Vicky and Suzuki，Tomohiro and Troch，Peter}}，issn={{0029-8018}}，期刊={{海洋工程}}，keywords={{海洋工程、环境工程、波植被相互作用、植被动力学、流体弹性、结构相互作用、SPH-FEA耦合、双球面物理学、ProjectChrono、光滑粒子流体动力学、流动、传播、模型、衰减、模拟、生成、保护、破裂、紧急}}，语言={{eng}}，number={{第1部分}}，页面={{13}}，title={{利用双球面物理学和Chrono项目有限元分析模块之间的耦合，对三维波浪诱导的柔性植被动力学进行数值研究}}，url＝{http://doi.org/10.1016/j.oceaneng.2023115227}}，体积={{285}}，年份={2023}}，}
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