Mesh moving techniques in fluid-structure interaction: robustness, accumulated distortion and computational efficiency

  • An important ingredient of any moving-mesh method for fluid-structure interaction (FSI) problems is the mesh moving technique (MMT) used to adapt the computational mesh in the moving fluid domain. An ideal MMT is computationally inexpensive, can handle large mesh motions without inverting mesh elements and can sustain an FSI simulation for extensive periods of time without irreversibly distorting the mesh. Here we compare several commonly used MMTs which are based on the solution of elliptic partial differential equations, including harmonic extension, bi-harmonic extension and techniques based on the equations of linear elasticity. Moreover, we propose a novel MMT which utilizes ideas from continuation methods to efficiently solve the equations of nonlinear elasticity and proves to be robust even when the mesh undergoes extreme motions. In addition to that, we study how each MMT behaves when combined with the mesh-Jacobian-based stiffening. Finally, we evaluate the performance of different MMTs on a popular two-dimensional FSI benchmark reproduced by using an isogeometric partitioned solver with strong coupling.

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Verfasser*innenangaben:Alexander ShamanskiyORCiD, Bernd Simeon
URN:urn:nbn:de:hbz:386-kluedo-77862
DOI:https://doi.org/10.1007/s00466-020-01950-x
ISSN:1432-0924
Titel des übergeordneten Werkes (Englisch):Computational Mechanics
Verlag:Springer Nature - Springer
Dokumentart:Wissenschaftlicher Artikel
Sprache der Veröffentlichung:Englisch
Datum der Veröffentlichung (online):08.03.2024
Jahr der Erstveröffentlichung:2020
Veröffentlichende Institution:Rheinland-Pfälzische Technische Universität Kaiserslautern-Landau
Datum der Publikation (Server):08.03.2024
Ausgabe / Heft:67
Seitenzahl:18
Erste Seite:583
Letzte Seite:600
Quelle:https://link.springer.com/article/10.1007/s00466-020-01950-x
Fachbereiche / Organisatorische Einheiten:Kaiserslautern - Fachbereich Mathematik
DDC-Sachgruppen:5 Naturwissenschaften und Mathematik / 510 Mathematik
Sammlungen:Open-Access-Publikationsfonds
Lizenz (Deutsch):Zweitveröffentlichung