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A semi-implicit partition algorithm for fluid- structure coupling problems based on modal force prediction-correction
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DOI：10.1016/j.cja.2025.103413.png)
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摘要
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用于解决流固耦合问题的隐式分区算法具有高精度，但需要较长的计算时间。本文提出了一种基于模态力预测-校正的半隐式流固耦合算法，以提高计算效率。在预处理阶段，假设流体域为伪弹性固体并与固体域合并形成整体系统，计算并存储整体系统的归一化模态信息。在子步循环中，采用模态叠加法以预测的模态力作为载荷获得整体系统的响应，从而实现结构变形和流体网格更新的同步。在流体域求解雷诺平均纳维-斯托克斯方程后，校正预测的模态力并开始新的子步循环，直至获得收敛结果。在该方法中，流体方程的计算和动态网格更新采用隐式方式，而结构变形采用显式方式。采用两个数值算例，即弹性梁的涡激振荡和末级叶片的流固相互作用，验证了所提出算法的效率和精度。结果表明，所提出的方法在达到与隐式方法相同精度的同时，计算时间得以减少。在涡激振荡问题中，计算时间可减少18.6%；在末级叶片振动问题中，计算时间可减少53.8%。 (c) 2025 The Authors. Published by Elsevier Ltd on behalf of Chinese Society of Aeronautics and Astronautics. This is an open access article under the CC BY-NC-ND license (http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/).
Keyword:
Fluid-structure interaction
Fast mesh deformation
Semi-implicit partition algorithm
Prediction-correction method
Flutter
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