一种任意欧拉-拉格朗日描述的流固耦合算法及其应用

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流固耦合问题是存在于自然界和工程应用中的一种重要现象,任意欧拉-拉格朗日(ALE)描述因其较高的精度和计算效率,在流固耦合问题中有着广泛的应用。本文采用流体、固体求解器分区迭代的方法进行双向耦合分析。其中,流体区域为粘性不可压缩模型,因为考虑了流固耦合界面的变形,从而采用了ALE描述,利用有限体积法进行空间离散,PISO算法进行时间离散,并使用Laplacian方程求解法更新网格的速度和空间位置;固体区域为弹性有限变形模型,采用Green应变和Cauchy应力描述,采用有限元方法进行空间离散,Newmark法进行时间离散;在流固交界面处,采用Dirichlet-Neumann迭代法,通过距离加权法插值位移,通过面积投影加权法插值界面压力和粘性力,从而保证了界面处的位移连续和力守恒。在时间步长的子迭代中,采用了Aitken松弛方法,在保证时间离散精度的前提下,加快了收敛过程。本文通过一系列验证,与解析解和多组数值解进行了对比,说明方法具有高精度和较好的计算效率。
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