Modeling Concept and Numerical Simulation of Ultrasonic Wave Propagation in a Moving Fluid-Structure Domain based on a Monolithic Approach

Mahmood Ebna Hai, Bhuiyan Shameem; Bause, Markus; Kuberry, Paul Allen

doi:10.1016/j.apm.2019.07.007

标题：基于单片方法的超声波在运动流体结构域中传播的建模概念和数值模拟

期刊文章 · 2019年7月8日周一00:00:00 EDT ·应用数学建模

DOI（操作界面）：https://doi.org/10.1016/j.apm.2019.07.007· OSTI ID：1542140

^[1]; 马库斯·鲍斯 ^[1];

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德国汉堡赫尔穆特·施密特大学。机械工程学院数值数学系主任
桑迪亚国家实验室（SNL-NM），新墨西哥州阿尔伯克基（美国）。计算研究中心

在本研究中，我们提出了一种新的多物理模型，该模型融合了两个与时间相关的问题——流体-结构相互作用（FSI）和超声波在流体-结构域中的传播，并将FSI问题与超声波传播问题进行了单向耦合。该模型被称为“扩展的流体-结构相互作用（eXFSI）”问题。该模型由等温、不可压缩的Navier-Stokes方程和非线性弹性动力学组成，采用圣维南-基尔霍夫固体模型。超声波传播问题包括单片耦合的声波和弹性波方程。为了确保流体和结构域一致，我们使用ALE技术。耦合问题的求解原则是先求解FSI问题，然后求解波传播问题。相应地，波传播问题的边界条件在每个时间步长自动从FSI问题中采用。整个问题是高度非线性的，可以通过类牛顿方法解决。该模型使用几种替代域配置进行验证。为了确保建模方法的可靠性，将数值解与实验数据进行了对比。