流体-结构相互作用的关键网格法：基于preCICE的可扩展光滑粒子流体插值方法

Core Concepts

本文提出了一种基于关键网格的光滑粒子流体插值方法(PMC)，可以将纯拉格朗日型的光滑粒子流体(SPH)方法与preCICE耦合框架相结合，从而有效地解决流体-结构相互作用(FSI)问题。

Abstract

本文主要包含以下内容:

介绍了光滑粒子流体(SPH)方法的基本原理,包括核函数逼近和粒子逼近。

详细介绍了preCICE耦合框架的工作机制和当前发展情况,包括耦合方案、数据映射和数据通信等。

提出了一种基于关键网格的粒子-网格耦合(PMC)方法,可以将SPH方法与preCICE耦合框架相结合,从而有效地解决流体-结构相互作用(FSI)问题。

描述了PMC方法的具体实现过程,包括计算流体粒子对关键网格的作用力,以及从结构网格传递到流体粒子的位移信息。

通过数值实验验证了PMC方法在解决FSI问题方面的有效性。

开源了SPH流体适配器的源代码,为进一步扩展preCICE与更多无网格方法的兼容性提供了支持。

总之,本文提出的PMC方法为将粒子(无网格)方法应用于preCICE耦合框架提供了一种有效的解决方案,为解决复杂的流体-结构相互作用问题带来了新的思路。

Stats

流体密度ρ0 = 1000 kg/m3
声速c0 = √(∂P/∂ρ)
人工黏度系数α = 0.01
动力黏度υ0 = 10-6 m2/s

Quotes

"本文提出的关键网格法理论上可以解决基于粒子方法与preCICE耦合的网格不匹配问题。"
"PMC方法可以将纯拉格朗日型的SPH方法与preCICE耦合框架相结合,从而有效地解决流体-结构相互作用(FSI)问题。"

Key Insights Distilled From

Critical grid method: An extensible Smoothed Particle Hydrodynamics fluid general interpolation method for Fluid-Structure Interaction surface coupling based on preCICE

by Sifan Long,X... at arxiv.org 04-30-2024

https://arxiv.org/pdf/2404.18390.pdf

Deeper Inquiries

如何进一步提高PMC方法的计算效率

PMC方法的计算效率可以通过多种方式进一步提高。首先，可以优化算法以减少计算复杂度和提高计算速度。例如，可以使用并行计算技术来加速计算过程，将计算任务分配给多个处理单元同时进行处理。此外，可以利用硬件加速器如GPU来加速计算，提高计算效率。另外，优化数据交换和通信过程，减少不必要的数据传输和通信开销，也可以提高计算效率。通过这些方法的综合应用，可以进一步提高PMC方法的计算效率。

PMC方法是否可以扩展到其他类型的无网格方法

是的，PMC方法可以扩展到其他类型的无网格方法。由于PMC方法的核心思想是通过关键网格作为中介来实现粒子方法和网格方法的耦合，因此类似的方法也可以应用于其他无网格方法。例如，Diffuse Element Method（DEM）和Finite Point Method（FPM）等无网格方法也可以通过类似的中介网格来实现与网格方法的耦合。通过适当调整和优化，PMC方法的框架和原理可以扩展到其他类型的无网格方法，从而实现更广泛的应用。

PMC方法在解决更复杂的多物理场耦合问题中的应用前景如何

PMC方法在解决更复杂的多物理场耦合问题中具有广阔的应用前景。随着多物理场耦合问题在工程和科学领域中的重要性日益凸显，需要更高效和精确的耦合方法来解决这些复杂问题。PMC方法作为一种能够将粒子方法和网格方法耦合的有效途径，可以应用于涉及多种物理场的耦合问题，如流固耦合、热力耦合、声学耦合等。通过结合不同类型的物理场模拟方法，PMC方法可以为解决更复杂的多物理场耦合问题提供新的思路和解决方案，具有广阔的应用前景。