The present article proposes a novel computational method for coupling arbitrarily curved 1D fibers with a 2D surface as defined, e.g., by the 2D surfaces of a 3D solid body or by 2D shell formulations. The fibers are modeled as 1D Cosserat continua (beams) with six local degrees of freedom, three positional and three rotational ones. A kinematically consistent 1D-2D coupling scheme for this problem type is proposed considering the positional and rotational degrees of freedom along the beams. The positional degrees of freedom are coupled by enforcing a constant normal distance between a point on the beam centerline and a corresponding point on the surface. This strategy requires a consistent description of the surface normal vector field to guarantee fundamental mechanical properties such as conservation of angular momentum. Coupling of the rotational degrees of freedom of the beams and a suitable rotation tensor representing the local orientation within a solid volume has been considered in a previous contribution. In the present work, this coupling approach will be extended by constructing rotation tensors that are representative of local surface orientations. Several numerical examples demonstrate the consistency, robustness and accuracy of the proposed method. To showcase its applicability to multi-physics systems of practical relevance, the fluid-structure interaction example of a vascular stent is presented.


翻译:本文提出了一种新颖的计算方法,用于将任意弯曲的一维纤维与二维曲面进行耦合,例如由三维实体边界曲面或二维壳单元定义的曲面。纤维被建模为具有六个局部自由度(三个位置自由度和三个旋转自由度)的一维Cosserat连续体(梁)。针对此类问题,本文提出了一种考虑梁上位置与旋转自由度的运动学一致性一维-二维耦合方案。位置自由度的耦合通过强制梁中心线上点与曲面上对应点之间保持恒定法向距离来实现。该策略要求对曲面法向量场进行一致性描述,以保证角动量守恒等基本力学特性。梁的旋转自由度与代表实体内部局部方向的旋转张量之间的耦合已在先前研究中得到探讨。本工作将通过构建代表曲面局部方向的旋转张量来扩展该耦合方法。多个数值算例验证了所提方法的一致性、鲁棒性与精确性。为展示其在具有实际意义的多物理场系统中的应用,本文展示了血管支架流固耦合的数值实例。

0
下载
关闭预览

相关内容

Surface 是微软公司( Microsoft)旗下一系列使用 Windows 10(早期为 Windows 8.X)操作系统的电脑产品,目前有 Surface、Surface Pro 和 Surface Book 三个系列。 2012 年 6 月 18 日,初代 Surface Pro/RT 由时任微软 CEO 史蒂夫·鲍尔默发布于在洛杉矶举行的记者会,2012 年 10 月 26 日上市销售。
Linux导论,Introduction to Linux,96页ppt
专知会员服务
82+阅读 · 2020年7月26日
FlowQA: Grasping Flow in History for Conversational Machine Comprehension
专知会员服务
34+阅读 · 2019年10月18日
Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
60+阅读 · 2019年10月17日
Keras François Chollet 《Deep Learning with Python 》, 386页pdf
专知会员服务
164+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
41+阅读 · 2019年10月9日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
Arxiv
13+阅读 · 2022年4月12日
Arxiv
11+阅读 · 2018年4月8日
VIP会员
相关资讯
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
相关基金
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员