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层流-结构相互作用问题切割单元自适应积分精度的综合评估。 (英语) Zbl 1524.65821号

摘要:基于切割细胞的有限元方法因其在运动界面问题上优于基于实体网格的公式而越来越受欢迎。在这种方法中,被两个不同域之间的界面切割的单元(或元素)需要使用特殊技术进行集成,以获得最佳收敛速度和穿过界面的准确通量。细胞递归细分的自适应积分技术是切割细胞数值积分的常用技术之一,因为它比细分具有优势,特别是对于涉及三维复杂几何体的问题。尽管自适应积分对浸没固体的几何表示没有任何限制,因为它只需要点定位算法,但恢复最佳收敛速度的计算成本很高。本文对计算流体力学和流体-结构相互作用中应用的切割单元自适应集成进行了全面评估。通过研究二维和三维的几个例子,我们评估了切割单元的积分精度对速度场和压力场收敛速度的影响,然后对流体-结构相互作用问题的力和位移的影响。通过将计算成本以及力和位移的精度考虑在内,我们证明,对于涉及层流的FSI问题,只需较少的精化水平就可以获得精度可接受的数值结果。特别是,我们表明,对于层流-结构相互作用问题,三级自适应细化足以获得可接受精度的力和位移值。

MSC公司:

65N30型 含偏微分方程边值问题的有限元、Rayleigh-Ritz和Galerkin方法
76M10个 有限元方法在流体力学问题中的应用
65天30分 数值积分
74S05号 有限元方法在固体力学问题中的应用
76D05型 不可压缩粘性流体的Navier-Stokes方程
74层10 流固相互作用(包括气动和水弹性、孔隙度等)
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参考文献:

[1] Belytschko,T.等人。;格雷西,R。;Ventura,G.,材料建模的扩展/广义有限元方法综述,模型。模拟。马特。科学。工程,17,文章043001 pp.(2009)
[2] Boustani,J。;巴拉德,M.F。;Kiris,C.C。;Brehm,C.,《薄且高度柔顺壳体结构的浸没边界流体-结构相互作用方法》,J.Compute。物理。,438,第110369条,第(2021)页·Zbl 07505964号
[3] 布鲁尔,M。;伯恩斯多夫,J。;Zeiser,T。;Durst,F.,基于两种不同方法:格子Boltzmann和有限体积法的方形圆柱体层流精确计算,国际热流杂志,21186-196(2000)
[4] 伯曼,E。;克劳斯,S。;Hansbo,P。;Larson,M.G。;Massing,A.,CutFEM:离散几何和偏微分方程,国际期刊Numer。方法工程,104,472-501(2014)·Zbl 1352.65604号
[5] 制动计,W.G。;Kadapa,C。;Perić,D.,分层b样条网格上的稳定浸没边界法,计算。方法应用。机械。工程,311,415-437(2016)·Zbl 1439.76061号
[6] Dettmer,W.G。;Lovrić,A。;Kadapa,C。;Perić,D.,基于Dirichlet-Neumann耦合的不可压缩流体-结构相互作用的新迭代和交错求解方案,国际期刊Numer。方法工程,122,5204-5235(2021)
[7] Dettmer,W.G。;Perić,D.,流体-结构相互作用的新交错方案,国际数字杂志。方法工程,93,1-22(2013)·Zbl 1352.74471号
[8] Divi,S.C。;Verhoosel,C.V。;Auricchio,F。;Reali,A。;van Brummelen,E.,基于误差估计的浸入式等几何分析自适应积分,计算。数学。申请。,80, 2481-2516 (2020) ·Zbl 1455.74087号
[9] Duczek,S。;Gabbert,U.,虚拟域方法的有效积分方法,计算。机械。,56, 725-738 (2015) ·Zbl 1329.65221号
[10] Duczek,S。;Joulaian,M。;杜斯特,A。;Gabbert,U.,有限元法和谱元法对兰姆波的数值分析,国际数字杂志。方法工程,99,26-53(2014)·Zbl 1352.74144号
[11] 杜斯特,A。;Hubrich,S.,《使用创新的固体和流体数值方法进行工程建模》,(剪切有限元和单元的自适应集成,用于非线性结构分析。剪切有限元的自适应集成和单元,用于非线性结构性分析,CISM国际机械科学中心,第599卷(2020年),施普林格)
[12] 杜斯特,A。;Parvizian,J。;杨,Z。;Rank,E.,固体力学三维问题的有限单元法,计算。方法应用。机械。工程,197,3768-3782(2008)·Zbl 1194.74517号
[13] 杜斯特,A。;Sehlhorst,H.-G。;Rank,E.,利用有限元方法对非均质和多孔材料进行数值均匀化,计算。机械。,50, 413-431 (2012) ·Zbl 1386.74117号
[14] Höllig,K.,《B样条有限元方法》(2003),SIAM:SIAM Philadelpia·Zbl 1020.65085号
[15] 约翰逊,A.A。;Tezduyar,T.E.,具有移动边界和界面的流动问题并行有限元计算中的网格更新策略,计算。方法应用。机械。工程,119,73-94(1994)·Zbl 0848.76036号
[16] Kadapa,C.,超轻刚体与流体流动相互作用的二阶精确非侵入交错格式,海洋工程,217,第107940页,(2020)
[17] Kadapa,C.,《刚性和柔性结构流体-结构控制相互作用问题的统一模拟框架》,国际计算杂志。方法(2021)
[18] Kadapa,C.,基于Robin边界条件的松散耦合FSI方案性能研究(2021)
[19] 卡达帕,C。;Dettmer,W.G。;Perić,D.,一种基于分层b样条网格的稳定浸没边界法,用于流体-刚体与固体接触的相互作用,计算。方法应用。机械。工程,318242-269(2017)·Zbl 1439.74429号
[20] Kadapa,C。;Dettmer,W.G。;Perić,D.,关于结构动力问题使用一阶广义alpha格式的优点,计算。结构。,193, 226-238 (2017)
[21] Kadapa,C。;Dettmer,W.G。;Perić,D.,分层b样条网格上的稳定浸入式框架,用于流体-柔性结构与固-固接触的相互作用,计算。方法应用。机械。工程,335,472-489(2018)·Zbl 1440.74406号
[22] Kadapa,C。;Dettmer,W.G。;Perić,D.,层流不可压缩Navier-Stokes的精确无迭代混合稳定公式:流体-结构相互作用的应用,J.Fluids Struct。,97,第103077条pp.(2020)
[23] Kadapa,C。;Dettmer,W.G。;Perić,D.,分层B样条笛卡尔网格上的CutFEM及其在流体-结构相互作用中的应用,(ECCOMAS 2016(2016))·Zbl 1423.76243号
[24] Kovasznay,L.I.G.,二维网格后的层流,数学。程序。外倾角。菲洛斯。《社会学杂志》,44,1,58-62(1948)·Zbl 0030.22902号
[25] 库德拉,L。;Zander,N。;博格·T。;科尔曼斯伯格,S。;Rank,E.,浸没边界法的高效准确数值求积,高级模型。模拟。工程科学。,2, 1-22 (2015)
[26] 库德拉,L。;Zander,N。;Kollmannsberger,S。;Rank,E.,Smart八叉树:精确集成3D中的不连续函数,计算。方法应用。机械。工程,306406-426(2016)·Zbl 1436.65022号
[27] 梅伦克,J。;Babuška,I.,单位分割有限元法:基本理论和应用,计算。方法应用。机械。工程,39,289-314(1996)·Zbl 0881.65099号
[28] 穆萨维,S.E。;Sukumar,N.,不规则凸多边形和多面体上多项式和间断函数的数值积分,计算。机械。,47, 535-554 (2011) ·Zbl 1221.65078号
[29] 米勒,B。;Kummer,F。;Oberlack,M。;Wang,Y.,不连续函数的简单多维积分及其在水平集方法中的应用,Int.J.Numer。方法工程,92,637-651(2012)·Zbl 1352.65084号
[30] Parvizian,J。;杜斯特,A。;Rank,E.,有限单元法——固体力学中嵌入域问题的h-和p-扩展,计算。机械。,41, 121-133 (2007) ·Zbl 1162.74506号
[31] Petö,M。;杜维涅奥,F。;Eisenträger,S.,基于图像压缩技术的增强数值积分方案:应用于虚拟域方法,高级模型。模拟。工程科学。,7, 21 (2020)
[32] Rüberg,T。;Cirak,F.,移动边界流的细分稳定浸入式b样条有限元,计算。方法应用。机械。工程,209-212,266-283(2012)·Zbl 1243.76031号
[33] Saksono,P.H。;Dettmer,W.G。;Perić,D.,《具有移动边界和流体-结构相互作用的流动的自适应重网格策略》,国际期刊Numer。方法工程,71,1009-1050(2007)·Zbl 1194.76140号
[34] Schäfer,M。;Turek,S。;杜斯特,F。;克劳斯,E。;Rannacher,R.,圆柱体周围层流的基准计算,(Hirschel,E.H.,《高性能计算机的流动模拟II》,《高绩效计算机的流动仿真II》,数值流体力学(NNFM)注释,第48卷(1996年),Vieweg+Teubner Verlag)
[35] Schillinger博士。;Rank,E.,基于层次B样条的不适合于复杂几何界面问题的hp自适应有限元方法,计算。方法应用。机械。工程,200,3358-3380(2011)·Zbl 1230.74197号
[36] Sen,S。;米塔尔,S。;Biswas,G.,《低雷诺数下流过方形圆柱体的流量》,国际期刊数值。《液体方法》,67,1160-1174(2011)·Zbl 1426.76303号
[37] Sharma,A。;Eswaran,V.,《二维层流状态下穿过方形圆柱体的热量和流体流动》,数值。热传输。,A部分,申请。,45, 247-269 (2004)
[38] 斯塔夫列夫,A。;阮,L.H。;沈,R。;瓦尔杜恩,V。;贝尔,M。;Elgeti,S。;Schillinger,D.,四面体有限单元法的几何精确、高效和灵活求积技术,计算。方法应用。机械。工程,310,646-673(2016)·Zbl 1439.65195号
[39] 斯特鲁布利斯,T。;科普斯,K。;Babuška,I.,《广义有限元法:实施示例及其性能说明》,国际J·数值出版社。方法生物识别。工程,471401-1417(2000)·Zbl 0955.65080号
[40] 斯特鲁布利斯,T。;科普斯,K。;Babuška,I.,广义有限元法,计算。方法应用。机械。工程,190,4081-4193(2001)·Zbl 0997.74069号
[41] Sudhakar,Y。;Wall,W.A.,任意凸/凹体积的求积格式和在单位分解方法的丰富中的弱形式积分,计算。方法应用。机械。工程,158,39-54(2013)·兹比尔1286.65037
[42] Tezduyar,T.E.,移动边界和界面流动问题的有限元方法,Arch。计算。方法工程,883-130(2001)·Zbl 1039.76037号
[43] Thari,A。;帕斯夸里埃洛,V。;Aage,N。;Hickel,S.,非线性流体-结构相互作用的自适应降阶建模,计算。流体,229,第105099条pp.(2021)·Zbl 1521.76473号
[44] 蒂亚加拉扬,V。;Shapiro,V.,有限单元法中的自适应加权数值积分,计算。方法应用。机械。工程,311250-279(2016)·Zbl 1439.65033号
[45] 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,计算科学与工程讲义,第53卷(2006年),施普林格:施普林格-柏林),371-385·Zbl 1323.76049号
[46] 瓦尔杜恩,V。;Hsu,M。;罗伊斯,M。;Schillinger,D.,《四面体有限元法:自适应无边界网格上的高阶浸入式地理测量分析》,国际期刊Numer。方法工程,107,1054-1079(2016)·Zbl 1352.65558号
[47] 文丘拉,G。;Benvenuti,E.,《重侧函数富集元素求积的等效多项式》,国际期刊数字。方法工程,102,688-710(2015)·兹比尔1352.65559
[48] 徐,F。;席林格,D。;卡门斯基,D。;瓦尔杜恩,V。;王,C。;Hsu,M.,《流体的四面体有限元法:复杂几何体周围湍流的浸入式地理分析》,计算。流体,141135-154(2016)·Zbl 1390.76372号
[49] 徐,S。;高,B。;Lofquist,A。;费尔南多,M。;徐,M.C。;Sundar,H。;Ganapathysubramanian,B.,一种基于八叉树的沉浸式地理测量方法,用于模拟通道中粒子的惯性迁移,计算。流体,214,第104764条pp.(2021)·Zbl 1521.76876号
[50] Yogaraj,S.,《流体-结构-裂缝相互作用的嵌入式界面有限元方法》(2015),慕尼黑工业大学:德国慕尼黑技术大学,技术报告
[51] 赵,M。;Cheng,L。;Zhou,T.,低雷诺数下方柱涡激振动的数值模拟,Phys。流体,25,第023603条pp.(2013)
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