کد مقاله کد نشریه سال انتشار مقاله انگلیسی نسخه تمام متن
4968003 1449388 2016 53 صفحه PDF دانلود رایگان
عنوان انگلیسی مقاله ISI
A moving-least-squares immersed boundary method for simulating the fluid-structure interaction of elastic bodies with arbitrary thickness
ترجمه فارسی عنوان
روش مرزی غوطه ور در حال حرکت-حداقل مربع برای شبیه سازی ساختار مایع ساختارهای الاستیک با ضخامت دلخواه
کلمات کلیدی
ترجمه چکیده
یک روش عددی همه کاره برای پیش بینی ساختار متقابل مایع بدن با ضخامت دلخواه غوطه ور شده در یک سیال ناپایدار با هدف شبیه سازی برنامه های مختلف مهندسی زیست شناسی ارائه شده است. یک روش مرزی غوطهور مستقیم، با استفاده از رویکرد حرکتی-حداقل مربع برای بازسازی راه حل در مجاورت سطح غوطه ور، به تصویب رسید. یک مدل ساده بهار-شبکه برای توصیف پویایی ساختارهای ناپایدار در نظر گرفته شده است، به طوری که به راحتی مدل های مختلف و سیستم های بیولوژیکی شبیه سازی شده را که همیشه با مدل های پیوسته ساده توصیف می شود، بدون تأثیر بر زمان محاسباتی و سادگی روش کلی. مایع و ساختارها به روش قوی متصل می شوند تا از عدم ثبات در ارتباط با شتاب های بزرگ بدن ها جلوگیری شود. اثربخشی روش با استفاده از چندین پرونده مورد بررسی شامل موارد زیر می شود: اجسام سفت و محکم، در حال سقوط در یک مایع خنثی، لرزش یا افتادن، یا توسط جریان برشی منتقل می شوند؛ ساختارهای الاستیک بی نهایت نازک با جرم مانند رشته های انعطاف پذیر دو بعدی و در مورد موارد سه بعدی، پرچم فلپ و پرچم معکوس در یک جریان آزاد است. در نهایت، یک مدل سه بعدی از یک دریچه آئورت بیولوژیکی پروتز باز و بسته شدن تحت جریان جریان پالسیتی. در همه موارد یک توافق بسیار خوب در مقایسه با داده های تجربی موجود و نتایج عددی حاصل از روش های مختلف به دست می آید. به طور خاص، این روش با استفاده از یک مطالعه پالایش مش انجام می شود که دقیق تر از مرتبه دوم است. علاوه بر این، قادر به ارائه نتایج قابل مقایسه با روشهای تیزبندی مستقیم است و می تواند اختلاف فشار بالا در سطح را کنترل کند، هنوز هم نیروهای هیدرودینامیک بسیار صاف را به دست می آورند.
موضوعات مرتبط
مهندسی و علوم پایه مهندسی کامپیوتر نرم افزارهای علوم کامپیوتر
پیش نمایش مقاله
روش مرزی غوطه ور در حال حرکت-حداقل مربع برای شبیه سازی ساختار مایع ساختارهای الاستیک با ضخامت دلخواه
چکیده انگلیسی
A versatile numerical method is presented to predict the fluid-structure interaction of bodies with arbitrary thickness immersed in an incompressible fluid, with the aim of simulating different biological engineering applications. A direct-forcing immersed boundary method is adopted, based on a moving-least-squares approach to reconstruct the solution in the vicinity of the immersed surface. A simple spring-network model is considered for describing the dynamics of deformable structures, so as to easily model and simulate different biological systems that not always may be described by simple continuum models, without affecting the computational time and simplicity of the overall method. The fluid and structures are coupled in a strong way, in order to avoid instabilities related to large accelerations of the bodies. The effectiveness of the method is validated by means of several test cases involving: rigid bodies, either falling in a quiescent fluid, fluttering or tumbling, or transported by a shear flow; infinitely thin elastic structures with mass, such as a two-dimensional flexible filament and, concerning three-dimensional cases, a flapping flag and an inverted flag in a free stream; finally, a three-dimensional model of a bio-prosthetic aortic valve opening and closing under a pulsatile flowrate. A very good agreement is obtained in all the cases, comparing with available experimental data and numerical results obtained by different methods. In particular, the method is shown to be second-order accurate by means of a mesh-refinement study. Moreover, it is able to provide results comparable with those of sharp direct-forcing approaches, and can manage high pressure differences across the surface, still obtaining very smooth hydrodynamic forces.
ناشر
Database: Elsevier - ScienceDirect (ساینس دایرکت)
Journal: Journal of Computational Physics - Volume 325, 15 November 2016, Pages 201-225
نویسندگان
, ,