曹登庆教授团队在流固耦合动力学计算方面取得重要突破
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曹登庆教授团队在流固耦合动力学计算方面取得重要突破
澳门新葡亰平台官网:刘玉菡  发布时间:2020-09-08   浏览次数:10

近日,我院飞行器动力学与控制研究所曹登庆教授团队的最新学术成果《结合多体算法求解带自由液面流动问题的绝对结点坐标粒子有限元方法》(Absolute nodal coordinate particle finite element to the free-surface flow problems combined with multibody algorithms)在国际计算力学著名期刊《应用力学和工程技术中的计算机方法》(Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering)上发表。该期刊由美国科学院院士、计算力学国际权威专家托马斯·约瑟夫·罗伯特·休斯担任主编,致力于发表流体力学、材料力学、固体与结构力学等计算力学领域的前沿研究成果。论文由曹登庆教授和博士生潘恺、李基鹏共同完成,旨在提出求解充液多体耦合系统的一种新方法。


传统的流体求解方法大多采用欧拉法,其在描述大变形以及湍流方面有很大的优势。然而,对于充液多体系统,欧拉法面临两大困难,一个是自由液面的识别,另一个是运动参考系的转换以及流固界面上数据的传输。拉格朗日法凭借其固有的界面捕捉能力可以有效地处理带自由液面的流动问题。曹登庆教授团队将纯拉格朗日描述的流体与多体系统算法结合起来形成一个统一的耦合系统,其中流体域的离散采用基于绝对位置-压力格式的粒子法有限元(PFEM),可以很好的解决带运动边界流体的大变形以及刚-液耦合、刚--柔耦合问题。


该研究对使用非滑移边界的粒子法有限元方法进行了改进,借助网格重构过程生成的虚拟接触单元来判断流固耦合界面的接触结点,并通过拉格朗日乘子引入自由滑移边界约束。针对凹曲面边界在大时间步长下界面结点出现的位置偏离及由此造成的压力集中,该研究给出了界面结点位置的调整方法。通过与传统方法对比,该研究验证了改进算法在粗网格及较大时间步长下具有良好的质量守恒特性,为复杂充液多体耦合系统的求解提供了全新的思路和解决途径。





文章链接: http://doi.org/10.1016/j.cma.2020.113378


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