Fluid-structure systems occur in a range of scientific and engineering applications. The immersed boundary(IB) method is a widely recognized and effective modeling paradigm for simulating fluid-structure interaction(FSI) in such systems, but a difficulty of the IB formulation is that the pressure and viscous stress are generally discontinuous at the interface. The conventional IB method regularizes these discontinuities, which typically yields low-order accuracy at these interfaces. The immersed interface method(IIM) is an IB-like approach to FSI that sharply imposes stress jump conditions, enabling higher-order accuracy, but prior applications of the IIM have been largely restricted to methods that rely on smooth representations of the interface geometry. This paper introduces an IIM that uses only a C0 representation of the interface,such as those provided by standard nodal Lagrangian FE methods. Verification examples for models with prescribed motion demonstrate that the method sharply resolves stress discontinuities along the IB while avoiding the need for analytic information of the interface geometry. We demonstrate that only the lowest-order jump conditions for the pressure and velocity gradient are required to realize global 2nd-order accuracy. Specifically,we show 2nd-order global convergence rate along with nearly 2nd-order local convergence in the Eulerian velocity, and between 1st-and 2nd-order global convergence rates along with 1st-order local convergence for the Eulerian pressure. We also show 2nd-order local convergence in the interfacial displacement and velocity along with 1st-order local convergence in the fluid traction. As a demonstration of the method's ability to tackle complex geometries,this approach is also used to simulate flow in an anatomical model of the inferior vena cava.


翻译:浮游结构系统在一系列科学和工程应用中出现。沉浸的边界(IB)法是模拟这些系统中流体结构互动(FSI)的一个广泛公认和有效的模型范例,但IB的配方困难在于界面的压力和粘结压力通常不连续。常规 IB 法规范了这些不连续性,通常在这些界面中产生低顺序准确性。沉浸的界面法(IIM)是类似于FSI的IB方法,它给压力跳动条件带来剧烈的压力跳跃,使更上层精确,但IIM以前的应用基本上限于依赖对界面几何测量的平稳表示的方法。本文介绍的IIM只使用C0表示界面压力和粘结压力和粘结压力的方法,例如标准节模 Lagrangeian FE 方法提供的方法。 模型的验证示例表明,该方法在IB上压力不完全解决了不连续性,同时避免了对界面几何测进行分析性信息的需求。我们表明,只有最低的电压-直径直径直径直径直径直径直至1直径直径直径直径直压和直径直线2直径直径直径直径直径直径直至2直至2直径直径直至2直至直径直至2直至。我们方的电压-直至直至2直至直至直至直至直至直至直至直至直至直至直至直至直距直距直至2直至直至直至直至2直至。

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