In swimming microorganisms and the cell cytoskeleton, inextensible fibers resist bending and twisting, and interact with the surrounding fluid to cause or resist large-scale fluid motion. In this paper, we develop a novel numerical method for the simulation of cylindrical fibers by extending our previous work on inextensible bending fibers [Maxian et al., Phys. Rev. Fluids 6 (1), 014102] to fibers with twist elasticity. In our "Euler" model, twist is a scalar function that measures the deviation of the fiber cross section relative to a twist-free frame, the fiber exerts only torque parallel to the centerline on the fluid, and the perpendicular components of the rotational fluid velocity are discarded in favor of the translational velocity. In the first part of this paper, we justify this model by comparing it to another commonly-used "Kirchhoff" formulation where the fiber exerts both perpendicular and parallel torque on the fluid, and the perpendicular angular fluid velocity is required to be consistent with the translational fluid velocity. We then develop a spectral numerical method for the hydrodynamics of the Euler model. We define hydrodynamic mobility operators using integrals of the Rotne-Prager-Yamakawa tensor, and evaluate these integrals through a novel slender-body quadrature, which requires on the order of 10 points along the fiber to obtain several digits of accuracy. We demonstrate that this choice of mobility removes the unphysical negative eigenvalues in the translation-translation mobility associated with asymptotic slender body theories, and ensures strong convergence of the fiber velocity and weak convergence of the fiber constraint forces. We pair the spatial discretization with a semi-implicit temporal integrator to confirm the negligible contribution of twist elasticity to the relaxation dynamics of a bent fiber and study the instability of a twirling fiber.


翻译:在游泳微生物和细胞细胞细胞变色素中, 伸展性纤维会抵制弯曲和扭动, 并与周围的流体互动, 导致或抵制大规模流体运动。 在本文中, 我们开发了一种新型数字方法, 用于模拟圆心纤维。 通过扩展我们以前关于不可伸展性弯曲纤维的工作[Maxian 等人, Phys. Rev. Fliids 6, 014.102] 至具有扭曲弹性的纤维。 在我们的“ 变动” 模型中, 扭曲性纤维是一个测量纤维跨部分相对于扭曲性机能框架的偏差, 以测量纤维变异性变异性, 纤维只能与流体的中线平行, 而旋转流体纤维的直角性纤维变异异性成分被丢弃。 在本文的第一部分, 我们用另一种常用的“ 变异性变异性变异性变异性 ”, 我们用这种变异性变异性变异性变异性变异性变异性, 我们用这种变异性变异性变异性变异性变异性变异性变性变性变异性变性变体的流体, 的流变性变性变异性变异性变性变性变性变性变性变性变性变性变性变性变性变体, 我们性变性变性变性变性变性变性变性变性变性变性变性变性变性变性变性变性变性变性变性变性变性变性变体, 的变性变性变性变性变性变性变性变性变性变性变性变性变性变性变性变性变性变性变性变性变性变性变性变性变性变性变性变性变性变性变性变性变性变性变性变性变性变性变性变性变性变性变性变性变性变性变性变性变性变性变性变性变性变性变性变性变性变性变性变性变性变性变性变性变性变性变性变性变性变性变性变性变性变性变性变性变性

0
下载
关闭预览

相关内容

Integration:Integration, the VLSI Journal。 Explanation:集成,VLSI杂志。 Publisher:Elsevier。 SIT:http://dblp.uni-trier.de/db/journals/integration/
专知会员服务
44+阅读 · 2020年10月31日
Linux导论,Introduction to Linux,96页ppt
专知会员服务
77+阅读 · 2020年7月26日
商业数据分析,39页ppt
专知会员服务
160+阅读 · 2020年6月2日
Keras François Chollet 《Deep Learning with Python 》, 386页pdf
专知会员服务
151+阅读 · 2019年10月12日
【SIGGRAPH2019】TensorFlow 2.0深度学习计算机图形学应用
专知会员服务
39+阅读 · 2019年10月9日
最新BERT相关论文清单,BERT-related Papers
专知会员服务
52+阅读 · 2019年9月29日
【ICIG2021】Check out the hot new trailer of ICIG2021 Symposium9
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年12月17日
【ICIG2021】Check out the hot new trailer of ICIG2021 Symposium8
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年11月16日
【ICIG2021】Check out the hot new trailer of ICIG2021 Symposium7
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年11月15日
【ICIG2021】Check out the hot new trailer of ICIG2021 Symposium6
中国图象图形学学会CSIG
2+阅读 · 2021年11月12日
【ICIG2021】Check out the hot new trailer of ICIG2021 Symposium5
中国图象图形学学会CSIG
1+阅读 · 2021年11月11日
【ICIG2021】Check out the hot new trailer of ICIG2021 Symposium4
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年11月10日
【ICIG2021】Check out the hot new trailer of ICIG2021 Symposium3
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年11月9日
【ICIG2021】Check out the hot new trailer of ICIG2021 Symposium2
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年11月8日
【ICIG2021】Latest News & Announcements of the Industry Talk1
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年7月28日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
16+阅读 · 2018年12月24日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
5+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2008年12月31日
Arxiv
0+阅读 · 2022年4月19日
VIP会员
相关VIP内容
专知会员服务
44+阅读 · 2020年10月31日
Linux导论,Introduction to Linux,96页ppt
专知会员服务
77+阅读 · 2020年7月26日
商业数据分析,39页ppt
专知会员服务
160+阅读 · 2020年6月2日
Keras François Chollet 《Deep Learning with Python 》, 386页pdf
专知会员服务
151+阅读 · 2019年10月12日
【SIGGRAPH2019】TensorFlow 2.0深度学习计算机图形学应用
专知会员服务
39+阅读 · 2019年10月9日
最新BERT相关论文清单,BERT-related Papers
专知会员服务
52+阅读 · 2019年9月29日
相关资讯
【ICIG2021】Check out the hot new trailer of ICIG2021 Symposium9
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年12月17日
【ICIG2021】Check out the hot new trailer of ICIG2021 Symposium8
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年11月16日
【ICIG2021】Check out the hot new trailer of ICIG2021 Symposium7
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年11月15日
【ICIG2021】Check out the hot new trailer of ICIG2021 Symposium6
中国图象图形学学会CSIG
2+阅读 · 2021年11月12日
【ICIG2021】Check out the hot new trailer of ICIG2021 Symposium5
中国图象图形学学会CSIG
1+阅读 · 2021年11月11日
【ICIG2021】Check out the hot new trailer of ICIG2021 Symposium4
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年11月10日
【ICIG2021】Check out the hot new trailer of ICIG2021 Symposium3
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年11月9日
【ICIG2021】Check out the hot new trailer of ICIG2021 Symposium2
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年11月8日
【ICIG2021】Latest News & Announcements of the Industry Talk1
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年7月28日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
16+阅读 · 2018年12月24日
相关基金
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
5+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2008年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员