Modified Ghost Fluid Method as Applied to Fluid-Plate Interaction
Modified Ghost Fluid Method as Applied to Fluid-Plate Interaction
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改进的幽灵流体法应用于流体-板相互作用
DOI：
10.4208/aamm.2012.m50
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发表时间：
2014-02
影响因子：
1.4
通讯作者：
Tiegang Liu
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Liang Xu;Tiegang Liu
改进的虚拟流体方法（MGFM）为各种多介质流动模拟和某些特定的流固耦合（FSI）模拟提供了一种鲁棒而有效的界面处理方法。然而，这种方法的一个特定类别的流固耦合问题，其中的结构是板，仍有待开发。本文将MGFM扩展到处理可压缩流体与弹性薄板耦合问题。为了考虑界面同时相互作用的影响，在每个时间步建立了一个流体-板耦合系统，并近似求解以预测界面状态。然后，鬼流体状态和板载荷可以定义通过利用所获得的界面状态。为了追求更高的效率，提出了一种耦合过程的加速策略。通过几个一维算例，验证了该方法的有效性和加速技术的有效性。特别地，该方法被应用于计算弹性薄板附近的水下爆炸（UNDEX）。研究了强冲击波作用于弹性薄板的演化过程和薄板的动力响应。数值结果表明，该方法对不同结构柔性的流板耦合问题的处理方便、准确，并能有效地模拟采用加速策略的UNDEX过程。
The modified ghost fluid method (MGFM) provides a robust and efficient interface treatment for various multi-medium flow simulations and some particular fluid-structure interaction (FSI) simulations. However, this methodology for one specific class of FSI problems, where the structure is plate, remains to be developed. This work is devoted to extending the MGFM to treat compressible fluid coupled with a thin elastic plate. In order to take into account the influence of simultaneous interaction at the interface, a fluid-plate coupling system is constructed at each time step and solved approximately to predict the interfacial states. Then, ghost fluid states and plate load can be defined by utilizing the obtained interfacial states. A type of acceleration strategy in the coupling process is presented to pursue higher efficiency. Several one-dimensional examples are used to highlight the utility of thismethod over looselycoupled method and validate the acceleration techniques. Especially, this method is applied to compute the underwater explosions (UNDEX) near thin elastic plates. Evolution of strong shock impacting on the thin elastic plate and dynamic response of the plate are investigated. Numerical results disclose that this methodology for treatment of the fluid-plate coupling indeed works conveniently and accurately for different structural flexibilities and is capable of efficiently simulating the processes of UNDEX with the employment of the acceleration strategy.
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