A spatially varying robin interface condition for fluid‐structure coupled simulations
A spatially varying robin interface condition for fluid‐structure coupled simulations
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用于流固耦合模拟的空间变化的罗宾界面条件
DOI：
10.1002/nme.6386
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发表时间：
2020
影响因子：
2.9
通讯作者：
Wang, Kevin G.
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Cao, Shunxiang;Wang, Guangyao;Wang, Kevin G.
本文提出了一种空间变化的Robin界面条件，用于求解包含不可压缩流体流动和非均匀柔性结构的流固耦合问题。最近的研究表明，对于材料和几何性质不变的均匀结构，恒定的单参数Robin界面条件可以提高分区数值求解过程的稳定性和精度。在这项工作中，我们将参数推广到一个空间变化的函数，该函数取决于结构的局部材料和几何特性，而不改变耦合流体-结构系统的精确解。我们提出了一种算法来实现嵌入边界法耦合基于投影的不可压缩粘性流求解器与非线性有限元结构求解器中的罗宾接口条件。我们使用两个示例问题演示了空间变化Robin界面条件的数值效果：一个简化模型问题，其特征在于非均匀Euler‐Bernoulli梁与无粘流相互作用，以及一个广义Turek-Hron问题，其特征在于非均匀，高度柔性梁与粘性层流相互作用。这两种情况表明，空间变化的罗宾界面条件可以明显提高数值精度（在一个实例中高达两个数量级）相同的计算成本。使用第二个例子的问题，我们还演示和比较两种模型，用于确定在罗宾接口条件下的组合函数的局部值。
We present a spatially varying Robin interface condition for solving fluid‐structure interaction problems involving incompressible fluid flows and nonuniform flexible structures. Recent studies have shown that for uniform structures with constant material and geometric properties, a constant one‐parameter Robin interface condition can improve the stability and accuracy of partitioned numerical solution procedures. In this work, we generalize the parameter to a spatially varying function that depends on the structure's local material and geometric properties, without varying the exact solution of the coupled fluid‐structure system. We present an algorithm to implement the Robin interface condition in an embedded boundary method for coupling a projection‐based incompressible viscous flow solver with a nonlinear finite element structural solver. We demonstrate the numerical effects of the spatially varying Robin interface condition using two example problems: a simplified model problem featuring a nonuniform Euler‐Bernoulli beam interacting with an inviscid flow and a generalized Turek‐Hron problem featuring a nonuniform, highly flexible beam interacting with a viscous laminar flow. Both cases show that a spatially varying Robin interface condition can clearly improve numerical accuracy (by up to two orders of magnitude in one instance) for the same computational cost. Using the second example problem, we also demonstrate and compare two models for determining the local value of the combination function in the Robin interface condition.
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