The present work proposes an approach for fluid-solid and contact interaction problems including thermo-mechanical coupling and reversible phase transitions. The solid field is assumed to consist of several arbitrarily-shaped, undeformable but mobile rigid bodies, that are evolved in time individually and allowed to get into mechanical contact with each other. The fluid field generally consists of multiple liquid or gas phases. All fields are spatially discretized using the method of smoothed particle hydrodynamics (SPH). This approach is especially suitable in the context of continually changing interface topologies and dynamic phase transitions without the need for additional methodological and computational effort for interface tracking as compared to mesh- or grid-based methods. Proposing a concept for the parallelization of the computational framework, in particular concerning a computationally efficient evaluation of rigid body motion, is an essential part of this work. Finally, the accuracy and robustness of the proposed framework is demonstrated by several numerical examples in two and three dimensions, involving multiple rigid bodies, two-phase flow, and reversible phase transitions, with a focus on two potential application scenarios in the fields of engineering and biomechanics: powder bed fusion additive manufacturing (PBFAM) and disintegration of food boluses in the human stomach. The efficiency of the parallel computational framework is demonstrated by a strong scaling analysis.


翻译:目前的工作提出了一种液态固态和接触互动问题的方法,包括热机械联结和可逆阶段过渡,固态场假定由若干任意形状、不变形但移动的硬体体组成,这些硬体体可单独及时演变,并允许彼此进行机械接触;液体场一般由多个液体或气体阶段组成;所有领域均使用平滑粒子流体动力学(SPH)法,空间分解;这一方法特别适合不断变化的界面表层和动态阶段过渡,而无需与网基或网基方法相比,在界面跟踪方面作出额外的方法和计算努力;提出计算框架平行化的概念,特别是关于对僵硬体运动进行计算效率评价的概念,是这项工作的一个基本部分;最后,拟议框架的准确性和稳健性体现在两个和三个层面的几个数字实例中,涉及多个僵硬体体、两阶段流动和可逆阶段过渡,重点是工程和基于网格或电网基方法的方法进行更多的界面跟踪。

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