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Development of an energy conservative accurate particle method for fluid-structure interaction problems

针对流固耦合问题的能量守恒精确粒子方法的开发

基本信息

批准号：
21K14250
负责人：
清水裕真
金额：
$ 3万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K14250/
关键词：
粒子法 FSI ISPH法数値シミュレーションエネルギー保存性計算力学 SPH

项目摘要

本研究では，エネルギー保存性の高い高精度粒子法型流体-構造連成解析手法の構築に取り組むが，その実現のために必要な4つの課題の内，本年度は，①流体・構造体の精度・エネルギー保存性向上のための高次微分演算子モデルの導入，②整合性の高い時間的連成のためのエネルギー保存性の高い陰的構造体モデルの開発，④構造体大変形解析のためのエネルギー保存性を満たす計算安定化項の開発，について取り組んだ．①について，昨年度の成果にてTaylor級数展開に基づく高次の微分演算子モデルを導出し，粒子法型高次精度構造体モデルを構築したが，本年度ではその検証を追加のベンチマークテストを通してさらに詳細に行うとともに，流体モデルについても同モデルを導入して粒子法型高次精度流体モデルを構築した．得られた計算結果から，提案高次モデルで既往モデルと比べ優れた計算精度と収束性を得ることができた．②について，昨年度の成果にて予測子修正子法を参考にした高精度陰的弾性体モデルを構築したが，本年度はこの時間法を更に高度化した．具体的には，昨年度のモデル，3回の繰り返し計算を実施して時間更新するアルゴリズムを，厳密な収束基準を設け収束するまで反復計算を繰り返すよう修正した．本修正により，時間発展の過程でより厳密な解がえられ，より改善された安定性と計算精度が得られた．④について，計算安定性のさらなる向上のため，粒子法型構造体モデルにて広く採用される人工斥力項を参考に安定化項の開発・導入を行った．本研究で開発した安定化項は新たに定義される誤差エネルギーポテンシャルの空間微分より導かれ，誤差エネルギーを含む総エネルギーが保存される．モデルは陰的時間発展に適合する形で構成され，保存性を害さない形で導入が可能であり，検証過程で安定化効果を持つことが示された．これらの成果は国際学術誌へ掲載された他，国際会議にて発表を実施した．

This research is based on high-preservability and high-precision particle method-type fluid-structure analysis techniques. Among the 4 tasks that are currently required, this year, ① Accuracy of fluids and structures, and improvement of preservation properties Introduction of differential calculus operator モデルの, ②Construction モデルの which has high integrity and high time and high preservation ability. Open 発, ④Structure large shape analysis のためのエネルギー preservation を満たす calculation of stabilization terms の开発, についてtake りgroup んだ. ①について, last year’s results were Taylor series expansion and high-order differential calculus derivation, particle method type high-order precision structure construction and construction, this year’s resultsの検证をAdditionalのベンチマークテストを通してさらにDetailsに行うとともに, fluid The モデルについても is the same as the モデルを imported して particle method type high-precision fluid モデルを constructed した. The calculation result of the calculation is the same, and the calculation accuracy and convergence of the high-order calculation of the previous calculation are higher than the calculation accuracy of the calculation and the convergence of the calculation is the result. ② The result of last year was predicted by the correction method and the high-precision elastic body was constructed as a reference, and the time method of this year was updated and improved. Specific details, last year's details, 3 times of calculations and calculations, time update detailsリズムを, the なmi な closing standard を set け closing するまで repeated calculation を粲り return すよう correction した. This correction means that the process of time development can be solved in a time-sensitive manner, and the stability and calculation accuracy can be improved. ④について, calculate the stability of the のさらなるUPのため, the particle method structure モデルにて広く adopts the される artificial repulsion term を reference にstabilization term の开発·import を行った． In this study, we developed a new definition of the stabilization term and a new definition of the error code.のSpace differential guide かれ, error エネルギーを contains む総エネルギーが save される. The development of time of the モデルは影 is suitable for the する-shaped で composition され, the preservation is を harmful さないで introduction がであり, and the 検 certification process で stabilization effect をつことが Show された. The results of the international academic journal are recorded in the journal, and the results of the international conference are recorded in the international academic journal.