×

非线性流体-结构相互作用的自适应降阶建模。 (英语) Zbl 1521.76473号

摘要:我们提出了一种自适应降阶模型,用于具有复杂非线性变形的流体-结构相互作用问题的高效时间分辨模拟。该模型基于结构平衡方程的重复线性化。在每个线性化步骤中,通过使用模态约简,未知数大大减少,从而大大提高了计算效率。当超过无量纲变形阈值时,通过自适应重新校准和截断增强,我们确保简化的模态基对大小变形保持任意精度。我们的新模型嵌入到一个分区的、松散耦合的有限体积-有限元框架中,其中欧拉流体解算器内的结构界面运动由一个保守的刀元浸入边界方法来解释。将该方法应用于超音速平板的气动弹性失稳、激波管内的弹性板以及充气薄半球的冲击屈曲,证明了该方法的有效性和准确性。

MSC公司:

76个M12 有限体积法在流体力学问题中的应用
6500万08 含偏微分方程初值和初边值问题的有限体积法
74层10 流固相互作用(包括气动和水弹性、孔隙度等)
76牛顿 可压缩流体和气体动力学

软件:

ARPACK公司
PDF格式BibTeX公司 XML格式引用

参考文献:

[1] Peskin,C.S.,《心脏瓣膜周围的流动模式:一种数值方法》,《计算物理杂志》,10,2,252-271(1972)·Zbl 0244.9202号
[2] Farhat,C。;Lesoinne,M.,三维非线性瞬态气动弹性问题串行和并行求解的两种高效交错算法,计算方法应用机械工程,182,3-4,499-515(2000)·兹比尔0991.74069
[3] 加雷利,L。;巴兹·R·R。;Storti,M.A.,火箭发动机喷管启动的流体-结构相互作用研究,计算与流体,39,7,1208-1218(2010)·Zbl 1242.76098号
[4] Pasquariello V、Hickel S、Adams NA、Hammerl G、Wall WA、Daub D、Willems S、Gülhan A.柔性面板上激波/湍流边界层相互作用的耦合模拟。在:第六届欧洲航空航天科学会议(EUCASS)。2015年,第1-15页。。
[5] Klöppel,T。;波普,A。;Küttler,美国。;Wall,W.A.,基于双砂浆配方的不合格界面的流体-结构相互作用,计算方法应用机械工程,200,45-46,3111-3126(2011)·Zbl 1230.74185号
[6] 考辛,P。;杰博,J。;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,194,42-44,4506-4527(2005)·Zbl 1101.74027号
[7] Küttler,美国。;Wall,W.A.,《具有动态松弛的固定点流体-结构相互作用求解器》,《计算力学》,第43、1、61-72页(2008年)·Zbl 1236.74284号
[8] Farhat,C。;范德泽,K.G。;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,195,17-18,1973-2001(2006)·Zbl 1178.76259号
[9] 巴迪亚,S。;Nobile,F。;Vergara,C.,《基于Robin传输条件的流体结构分区程序》,《计算物理杂志》,227,14,7027-7051(2008)·Zbl 1140.74010号
[10] Banks,J。;亨肖,W。;Sjögreen,B.,可压缩流中轻型刚体的稳定FSI算法,《计算物理杂志》,245399-430(2013)·Zbl 1349.76429号
[11] Banks,J。;亨肖,W。;Schwendeman,D.,FSI问题的新稳定分区算法分析。第一部分:不可压缩流动和弹性固体,《计算物理杂志》,269,108-137(2014)·Zbl 1349.74373号
[12] Toivanen,J。;艾弗里,P。;Farhat,C.,多层FETI-DP方法及其在数十亿自由度问题中的性能,国际数值方法工程杂志,116(2018)
[13] 帕斯夸里埃洛,V。;哈默尔,G。;奥利·F·。;希克尔,S。;Danowski,C。;波普,A。;Wall,W.A。;Adams,N.A.,可压缩流中流体-结构相互作用的切割-有限体积-有限元耦合方法,《计算物理杂志》,307,670-695(2016)·Zbl 1351.76077号
[14] 派佩尔诺,S。;Farhat,C。;Larrouturou,B.,耦合气动弹性问题瞬态解的分区程序,第一部分:模型问题、理论和二维应用,计算方法应用机械工程,124,1,79-112(1995)·Zbl 1067.74521号
[15] Farhat,C。;Lesoinne,M。;斯特恩,P。;Lant’eri,S.,通过并行分区算法实现三维非线性气动弹性问题的高性能求解:方法和初步结果,Adv Eng Softw,28,1,43-61(1997)
[16] Dowell,E.H.,非定常空气动力学中的特征模分析:降阶模型,美国航空航天学会J,34,81578-1583(1996)·Zbl 0900.76321号
[17] Hall K,Thomas J,Dowell E.使用频域固有正交分解技术对非定常小扰动流进行降阶建模。收件人:AIAA Paper。1999年第37届航空航天科学会议和展览。编号99-0655。
[18] Rixen,D.,广义模态加速度方法和模态截断增强,(AIAA论文,第19届AIAA应用空气动力学会议(2001)),第2001-1300号
[19] Rayleigh,J.,《声音理论》(1887),多佛出版社
[20] Wilson,E.L。;袁明伟。;Dickens,J.M.,通过ritz向量的直接叠加进行动力学分析,Earthq Eng Struct Dyn,10,6,813-821(1982)
[21] 贝塞林克,B。;塔巴克,美国。;卢托斯卡,A。;van de Wouw,北卡罗来纳州。;奈梅耶,H。;Rixen,D。;Hochstenbach,M。;Schilders,W.,《结构动力学、数值数学、系统和控制的模型简化技术比较》,J Sound Vib,332,19,4403-4422(2013)
[22] 狄更斯,J.M。;J.M.,N。;Wittbrodt,M.J.,《模态响应分析的模态加速度和模态截断增强方法批判》,《计算结构》,62,6,985-998(1995)·Zbl 0900.70255号
[23] M.C.C.班普顿。;Craig,R.R.,动力分析子结构耦合,AIAA J,6,7,1313-1319(1968)·Zbl 0159.56202号
[24] Qu,Z.-Q.,《模型降阶技术:在有限元分析中的应用》(2010),施普林格出版公司
[25] Morris,N.F.,《模态叠加在非线性动力学中的应用》,计算结构,7,1,65-72(1977)
[26] Remseth,S.,框架结构的非线性静态和动态分析,计算结构,10,6,879-897(1979)·Zbl 0417.73071号
[27] Nickell,R.,《模态叠加非线性动力学》,计算方法应用机械工程,7,1,107-129(1976)·Zbl 0316.73068号
[28] Idelsohn,S.R。;Cardona,A.,非线性结构动力分析的简化方法,计算方法应用机械工程,49,3,253-279(1985)·Zbl 0546.73054号
[29] 蒂索,P。;Rixen,D.J.,MEMS非线性动力学分析的简化方法,(Proulx,T.,非线性建模与应用,第2卷(2011),纽约施普林格出版社:纽约施普林格出版社),53-65
[30] 米诺莱特,M.P。;Przekop,A。;Rizzi,S.A。;Spottswood,S.M.,《非线性几何结构的间接/非侵入降阶建模综述》,J Sound Vib,332,10,2437-2460(2013)
[31] Wu,L。;Tiso,P.,柔性多体动力学的非线性模型降阶:模态导数方法,多体系统动力学,36,4405-425(2016)·Zbl 1352.70018号
[32] Lassila,T。;Manzoni,A。;Quarteroni,A。;Rozza,G.,《血液动力学逆问题的简化计算和几何框架》,《国际数值方法生物医学杂志》,29,741-776(2013)
[33] Bertagna,L。;Veneziani,A.,通过求解流体-结构相互作用逆问题来对血管顺应性进行变分估计的模型简化方法,逆问题,30,5,文章055006 pp.(2014)·兹比尔1301.92015
[34] Ballarin,F。;Rozza,G.,POD-Galerkin参数化流体-结构相互作用问题的整体降阶模型,国际数值方法流体杂志,82,12,1010-1034(2016)
[35] 奥利·F·。;帕斯夸里埃洛,V。;希克尔,S。;Adams,N.A.,《带空化的可压缩液体流动中移动几何体的基于切割单元的浸入边界法》,《计算物理杂志》,283,1-22(2015)·Zbl 1351.76121号
[36] 埃格勒,C。;希克尔,S。;施密特,S。;Adams,N.A.,《时间演变湍流空化剪切层的大涡模拟》,(Nagel,W.E.;Kröner,D.H.;M.,R.M.,《科学与工程中的高性能计算》14(2015),Springer International Publishing),367-378
[37] 希克尔,S。;新泽西州亚当斯。;Domaradzki,J.A.,隐式大涡模拟的自适应局部反褶积方法,计算物理杂志,213,1,413-436(2006)·Zbl 1146.76607号
[38] 希克尔,S。;埃格勒,C。;Larsson,J.,可压缩流动和激波-湍流相互作用隐式大涡模拟的亚网格尺度建模,《物理流体》,26,10,第106101页,(2014)
[39] 刘晓东。;Osher,S。;Chan,T.,加权本质非振荡格式,计算物理杂志,115,1,200-212(1994)·Zbl 0811.65076号
[40] 托罗,E.F。;云杉,M。;Spears,W.,HLL-Riemann解算器中接触面的恢复,冲击波,4,1,25-34(1994)·Zbl 0811.76053号
[41] 米塔尔·R。;Dong,H。;博兹库塔斯,M。;Najjar,F。;瓦尔加斯,A。;von Loebbecke,A.,《复杂边界不可压缩流的通用锐界面浸没边界法》,《计算物理杂志》,227,10,4825-4852(2008)·Zbl 1388.76263号
[42] Hilber,H.M。;休斯·T·J·R。;Taylor,R.L.,结构动力学中时间积分算法的改进数值耗散,Earthq Eng Struct-Dyn,5,3,283-292(1977)
[43] Farhat,C。;Lesoinne,M。;Le Tallec,P.,非匹配离散界面流体/结构相互作用问题的载荷和运动传递算法:动量和能量守恒,最优离散化和气动弹性应用,计算方法应用机械工程,157,1-2,95-114(1998)·Zbl 0951.74015号
[44] 桑切斯,R。;Coda,H.,《关于使用任意拉格朗日-欧拉流体解算器耦合到位置拉格朗氏壳解算器的流体-壳耦合》,应用数学模型,55,1-18(2014)·Zbl 1449.76018号
[45] 佐丹奴,J。;Jourdan,G。;伯彻尔,Y。;梅代尔,M。;Zeitoun,D.E。;Houas,L.,冲击波对变形面板的影响,流体-结构相互作用的应用,冲击波,14,1,103-110(2005)·Zbl 1178.74054号
[46] Dowell,E.H。;Hall,K.C.,流体-结构相互作用建模,Annu Rev流体力学,33,445-490(2001)·Zbl 1052.76059号
[47] 瓦达蒂,M。;Sayma,A。;Imregun,M.,涡轮机械强迫响应预测的综合非线性方法。第一部分:配方,《流体结构杂志》,14,87-101(1999)
[48] Teixeira,P。;Awruch,A.,使用有限元方法对流体-结构相互作用进行数值模拟,计算与流体,34,2,249-273(2005)·Zbl 1179.74037号
[49] Dowell,E.H.,《板壳的气动弹性》(1974),施普林格:施普林格-莱登·Zbl 0306.73039号
[50] Poinsot,T。;Lele,S.,可压缩粘性流直接模拟的边界条件,计算物理杂志,101,1,104-129(1992)·Zbl 0766.76084号
[51] Ramm,E。;Wall,W.A.,《壳体结构——物理和数值之间的敏感相互关系》,《国际数值方法工程杂志》,第60、1、381-427页(2004年)·Zbl 1060.74572号
[52] Lehoucq,R.B。;索伦森特区。;Yang,C.,ARPACK用户指南:用隐式重新启动的Arnoldi方法解决大规模特征值问题(1997)·Zbl 0901.65021号
此参考列表基于出版商或数字数学图书馆提供的信息。其项与zbMATH标识符进行启发式匹配,可能包含数据转换错误。在某些情况下,zbMATH Open的数据对这些数据进行了补充/增强。这试图尽可能准确地反映原始论文中列出的参考文献,而不要求完整或完全匹配。