Development of a multi-resolution MPS-FEM coupling algorithm for dynamic fluid–structure interaction problems

Zumei Zheng

doi:10.1016/j.enganabound.2026.107012

Development of a multi-resolution MPS-FEM coupling algorithm for dynamic fluid–structure interaction problems

2026-09-10

0

PRE

AI

DOI：10.1016/j.enganabound.2026.107012

原文链接

原文求助

摘要

En 中文

流体-结构相互作用（FSI）模拟涉及自由表面流动仍是计算力学中的一个挑战性问题，原因在于流体大变形、结构非线性响应以及强流体-结构耦合。本研究旨在开发一种将多分辨率移动粒子模拟（MPS）方法与显式有限元方法（FEM）耦合的高效算法，用于FSI分析。主要思路是在关注区域（尤其是流体-结构界面附近）使用精细粒子，以准确解析复杂的自由表面流动现象和流体诱导的结构响应，而剩余流体区域则用较大粒子表示以降低计算成本。采用粒子分裂与合并技术确保精细与粗分辨率区域之间的过渡。开发了一种分层桶排序算法以加速跨不同空间分辨率的邻域粒子搜索。此外，引入基于两个中间数组的数据结构，以增强粒子数动态变化时粒子相互作用计算的稳定性。流体-结构耦合通过虚拟单元边界（GCB）模型实现，该模型允许以直观方式处理移动和可变形的流固边界。通过坝体溃决、水体进入和活塞式波浪生成等基准问题评估所开发的多分辨率MPS方法的准确性和适用性。最后，研究了一个带弹性闸门的坝体溃决问题，以展示所开发的MPS-FEM耦合算法的FSI能力。

Keyword:

MPS-FEM coupling algorithm

Multi-resolution MPS method

Data structure

Search algorithm

Development of a multi-resolution MPS-FEM coupling algorithm for dynamic fluid–structure interaction problems

摘要

期刊

机构