This paper introduces a sharp-interface approach to simulating fluid-structure interaction involving flexible bodies described by general nonlinear material models and across a broad range of mass density ratios. This new flexible-body immersed Lagrangian-Eulerian (ILE) approach incorporates the geometrical and domain solution flexibility of the immersed boundary (IB) method with an accuracy comparable to body-fitted approaches that sharply resolve flows and stresses up to the fluid-structure interface. Unlike many IB methods, our ILE formulation uses distinct momentum equations for the fluid and solid subregions with a Dirichlet-Neumann coupling strategy that connects fluid and solid subproblems through simple interface conditions. We use a penalty method involving two representations of the fluid-structure interface. These two representations are connected by approximate Lagrange multiplier forces that impose kinematic interface conditions. This approach also enables the use of multi-rate time stepping, which allows us to take different time step sizes for the fluid and structure subproblems. Our fluid solver relies on an immersed interface method for discrete surfaces to impose stress jump conditions along complex interfaces. The dynamics of the volumetric structural mesh are determined using a standard finite element approach to large-deformation nonlinear elasticity via a nearly incompressible solid mechanics formulation. This formulation also readily accommodates compressible structures for cases in which part of the solid boundary does not contact the incompressible fluid. Comparisons are made with computational and experimental benchmarks. We also demonstrate the capabilities of this methodology by applying it to model the transport and capture of a cylindrical blood clot in an inferior vena cava filter.


翻译:本文引入了一个尖锐的界面法, 模拟流体结构互动, 包括一般非线性材料模型描述的灵活体体, 以及广泛的质量密度比率。 这种新的灵活体浸泡的Lagrangeian- Eulerian (ILE) 方法包含浸透边界(IIB) 方法的几何和域解决办法灵活性, 其精度可与急剧解决流动和压向流体结构界面的方法相仿。 与许多 IB 方法不同, 我们的 ILEL 配方对流体和固态次区域使用不同的动力方程方程式。 我们的流体和固态组合战略将流体和固态的亚质混合体混合法连接起来, 通过简单的界面将流体和固态的次质计算法连接起来。 我们的流体解方程式依靠一种将流体和固态的直流体和固度的计算方法, 将液态的流体和固态的精度的直径直立体的计算方法结合了液态的直径直径的直径直径直径的直径直径直的直径直径直径直径直径直径直径直径直的计算法, 在复杂的介介面上, 将一个不伸径的构造结构压结构压结构结构结构结构结构结构结构结构结构结构结构结构结构结构结构结构结构结构结构结构结构结构的推下, 也通过不下, 确定出一个不伸伸伸伸伸伸伸伸伸伸伸伸伸伸伸缩的精确的精确的精确路。

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