Skip to main content
SUPERVISOR
Bijan Boroomand,Mohammad mehdi Saadatpour
بیژن برومندقهنویه (استاد راهنما) محمدمهدی سعادتپور (استاد مشاور)
 
STUDENT
Seyed Mahdi Zandi Atashbar
سیدمهدی زندی آتشبار

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی عمران
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1385

TITLE

Fluid - Structure Interaction Using Exponential Basis Functions Via a Lagrangian Meshless Method
In this dissertation, a new meshless semi-analytical method for the solution of fluid flow equations with moving boundaries and interaction with rigid structures (weak interaction) is presented. This method is based on the solution of incompressible inviscid fluid flow equations, using a Lagrangian formulation. Hence, in each time step, the pressure Laplace equation is solved in a meshless style, similar to the method of fundamental solutions (MFS) and other fluid variables such as acceleration, velocity and displacement are calculated accordingly. Problem geometry is then updated based on the Lagrangian formulation of motion. In this method, the approximate solution of the Laplace equation is expressed by a linear combination of exponential basis functions. These functions are obtained by satisfying the Laplace equation. Constant coefficients of the series are evaluated through a point collocation on domain boundaries via an especial discrete transformation; Fluid-structure interfaces are supposed as slip impermeable boundaries. The developed Lagrangian algorithm is used to test variety of linear and nonlinear benchmark examples and good results are obtained as comparing with solutions of analytical and other numerical methods. Considering the computational cost and time, changing geometries and moving boundaries can be analyzed by such a meshless method much easier compared with the conventional Finite Element Methods. In this investigation, the solution of elasticity and steady Navier-Stokes equations for fully incompressible materials has also been presented in a similar manner. For these equations, polynomial functions are added to exponential basis functions. Contrary to standard displacement formulation of elastic problems (that fails when Poisson’s ratio becomes 0.5 or when the material becomes incompressible), with these basis functions formulation, the standard equations can be solved with Poisson’s ratio 0.5. It is not required to use mixed methods, iterative solutions and so on. Pressure basis functions can be evaluated by calculating the limit of bulk modulus multiplied by volumetric strain when Poisson’s ratio becomes 0.5.
در این پایان‌نامه، روشی نیمه‌تحلیلی و بدون شبکه برای حل معادلات حاکم بر حرکت سیال دارای مرزهای متحرک و اندرکنش آن با سازه صلب ارائه شده است. فرمول‌بندی روش ارائه شده بر اساس بیان لاگرانژی معادلات ناویر- استوکس برای سیال غیرلزجِ تراکم‌ناپذیر می‌باشد؛ بر این اساس، معادله لاپلاس فشار در هر گام زمانی با استفاده از روشی بدون شبکه, مشابه با روش توابع پایه، حل شده و سایر مشخصه‌های سیال مانند شتاب، سرعت و جابجایی از آن حاصل می‌شود. پس از آن، با توجه به فرمول‌بندی لاگرانژی حرکت، هندسه حل بهنگام می‌شود و حل در زمان پیش می‌رود. در این روش، پاسخ معادلات در هر گام زمانی، به صورت یک سری متشکل از توابع نمایی و ضرایب ثابت در نظر گرفته می‌شود؛ توابع فوق به گونه‌ای محاسبه می‌شوندکه معادلات دیفرانسیل به صورت دقیق ارضاء شوند. ضرایب ثابت نیز از ارضای شرایط مرزی بر روی مجموعه نقاطی از مرز، با استفاده از یک تبدیل ویژه بدست می‌آیند؛ مرزهای سیالِ در تماس با سازه به صورت لغزشی و نفوذناپذیر در نظر گرفته می‌شوند. با استفاده از این روش، مسائل خطی و غیر خطی مختلفی از مراجع دیگر حل شده و نتایج قابل توجهی در مقایسه با دیگر روش‌های لاگرانژی حاصل شده است. با توجه به تغییر هندسه حل در طول زمان، بدون شبکه بودن روش ارائه شده به علت عدم نیاز به تولید شبکه در هر گام زمانی، به لحاظ میزان صرف وقت و هزینه محاسبات بسیار درخور توجه می‌باشد. همچنین در این تحقیق به معادلات الاستیسیته و ناویر- استوکسِ حالت پایدار، برای مواد تراکم‌ناپذیر کامل پرداخته شده است. برای حل این معادلات نیز، پاسخ به صورت یک سری متشکل از توابع نمایی و چند جمله‌ای همراه با ضرایب ثابت در نظر گرفته می‌شود و پایه‌های حل بر اساس ارضای دقیق معادلات بدست می‌آیند. بر خلاف فرمول‌بندی استاندارد الاستیسیته (که وقتی ضریب پواسون برابر با 5/0 ‌شود و یا ماده تراکم‌ناپذیر باشد، مردود می‌گردد)، با توجه به فرمول‌بندی پایه‌های حل، معادلات به طور کامل بر حسب جابجایی (سرعت) نوشته شده و نیازی به در نظر گرفتن فشار به عنوان متغیر مستقل نمی‌باشد؛ بدین ترتیب در تمامی روابط از ضریب پواسون برابر با 5/0 استفاده می‌گردد. برای محاسبه فشار نیز از حد حاصلضرب مدول حجمی در کرنش حجمی استفاده می‌شود. در این مورد نیز مسائل مختلفی بررسی شده و نتایج آن ارائه شده است.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی