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曹登慶教授團隊在流固耦合動力學計算方麵取得重要突破
發布人:劉玉菡  發布時間:2020-09-08   瀏覽次數:10

近日,我院飛行器動力學與控製研究所曹登慶教授團隊的最新學術成果《結合多體算法求解帶自由液麵流動問題的絕對結點坐標粒子有限元方法》(Absolute nodal coordinate particle finite element to the free-surface flow problems combined with multibody algorithms)在國際計算力學著名期刊《應用力學和工程技術中的計算機方法》(Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering)上發表。該期刊由美國科學院院士、計算力學國際權威專家托馬斯·約瑟夫·羅伯特·休斯擔任主編,致力於發表流體力學、材料力學、固體與結構力學等計算力學領域的前沿研究成果。論文由曹登慶教授和博士生潘愷、李基鵬共同完成,旨在提出求解充液多體耦合係統的一種新方法。


傳統的流體求解方法大多采用歐拉法,其在描述大變形以及湍流方麵有很大的優勢。然而,對於充液多體係統,歐拉法麵臨兩大困難,一個是自由液麵的識別,另一個是運動參考係的轉換以及流固界麵上數據的傳輸。拉格朗日法憑借其固有的界麵捕捉能力可以有效地處理帶自由液麵的流動問題。曹登慶教授團隊將純拉格朗日描述的流體與多體係統算法結合起來形成一個統一的耦合係統,其中流體域的離散采用基於絕對位置-壓力格式的粒子法有限元(PFEM),可以很好的解決帶運動邊界流體的大變形以及剛-液耦合、剛--柔耦合問題。


該研究對使用非滑移邊界的粒子法有限元方法進行了改進,借助網格重構過程生成的虛擬接觸單元來判斷流固耦合界麵的接觸結點,並通過拉格朗日乘子引入自由滑移邊界約束。針對凹曲麵邊界在大時間步長下界麵結點出現的位置偏離及由此造成的壓力集中,該研究給出了界麵結點位置的調整方法。通過與傳統方法對比,該研究驗證了改進算法在粗網格及較大時間步長下具有良好的質量守恒特性,為複雜充液多體耦合係統的求解提供了全新的思路和解決途徑。





文章鏈接: https://doi.org/10.1016/j.cma.2020.113378