We analyse three time integration schemes for unfitted methods in fluid structure interaction. In Alghorithm 1 we propose a fully discrete monolithic algorithm with P1 P1 stabilized finite elements for the fluid problem; for this alghorithm we prove well-posedness, unconditional stability and convergence in the case of linearized problem (see Propositions 2.4.2, 2.4.3 and Theorem 3.3.7, respectively). The analysis optimal convergence rates as expected from the Euler scheme, and the supposed regularity of the solution to the continuous problem. Moreover we introduce two algorithms that allow for a partitioning of the coupled problem by exploiting an explicit-implicit treatment of the transmission conditions. Algorithm 2 represents, essentially, a simplification of Algorithm 1 since it simply treat the solid elastic forces in explicit form using the displacement and velocities of the structure evaluated in the previous time steps. Instead, Algorithm 3, is really a splitting algorithm that involves the solution of two staggered problems. It splits the forces that solid transfers to fluid in two contributions: the inertial contribution that is treated in implicit form and the elastic contribution that is treated in explicit form. We perform the stability analysis for both the schemes in Theorems 4.3.1 and 4.3.3. Algorithm 2 results conditionally stable for all the extrapolations considered, instead Algorithm 3 is unconditionally stable, for extrapolations of order zero and one, and conditionally stable for the extrapolation of order two. Since Algorithm 3 is the most promising, we perform the convergence analysis in the linearized case (see Theorem 4.4.2) obtaining results in line with those of the monolithic case, in particular the splitting introduced preserves optimal conevegence rates.


翻译:我们分析了流体结构互动中不合适的方法的三种时间整合办法。在Aghorithm 1中,我们提出了一种完全离散的单一算法,P1 P1 稳定了液态问题;对于这个算法,我们证明在线性问题中,我们完全可以预测、无条件的稳定性和趋同(分别见Proposos 2.4.2、2.4.3和Theorem 3.3.7);分析从Euler 方案中预期的最佳趋同率,以及所谓对持续问题的解决办法的规律性。此外,我们引入了两种算法,通过利用对传输条件的明显隐含式处理来分解同时存在的问题。Alegoithm 2 基本上代表了Agorithm 1 的简化,因为它只是用对先前步骤所评估的结构的偏移和速度来以明确的形式处理固态力量。Alegorthmm 3 解算法中,我们所考虑的稳定的算法是稳定的,我们所处理的直立体和直立体分析的结果是直立体。

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