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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．

In this study, the accuracy of fluid structure preservation and the introduction of high-order differential algorithms were studied. The accuracy of fluid structure preservation and the development of high-order differential algorithms were studied.(4) The stability of structure is calculated by the method of large shape analysis. In the past year, the results of Taylor series expansion, the derivation of high-order differential algorithms, the construction of particle-based high-order precision structures, and this year, the addition of proofs, the introduction of detailed procedures, the introduction of particle-based high-order precision fluid structures. The result of calculation is that the proposal is higher than the previous calculation accuracy. 2. In the past year, the results of the predictor correction method have been improved by reference to the high-precision negative body structure. This year, the time method has been improved. Specifically, in the past year, three cycles of calculation were performed, and the time update was performed. In the past year, three cycles of calculation were performed, and the time update was performed. In the past year, three cycles of calculation were performed. This modification improves the stability and accuracy of the calculation. (4) Calculation of stability and development of stabilization term by particle method structure. In this study, we develop a new definition of the stabilization term, which is the spatial derivative of the error generation term and the error generation term. The time evolution of the negative is suitable for the formation of the negative, the preservation of the negative, the introduction of the negative, the identification of the negative, the stabilization of the negative, the identification of the negative. The results of the international academic journal were published in the international conference.