We investigate the fluid-poroelastic structure interaction problem in a moving domain, governed by Navier-Stokes-Biot (NSBiot) system. First, we propose a fully parallelizable, loosely coupled scheme to solve the coupled system. At each time step, the solution from the previous time step is used to approximate the coupling conditions at the interface, allowing the original coupled problem to be fully decoupled into seperate fluid and structure subproblems, which are solved in parallel. Since our approach utilizes a loosely coupled scheme, no sub-iterations are required at each time step. Next, we conduct the energy estimates of this splitting method for the linearized problem (Stokes-Biot system), which demonstrates that the scheme is unconditionally stable without any restriction of the time step size from the physical parameters. Furthermore, we illustrate the first-order accuracy in time through two benchmark problems. Finally, to demonstrate that the proposed method maintains its excellent stability properties also for the nonlinear NSBiot system, we present numerical results for both $2D$ and $3D$ NSBiot problems related to real-world physical applications.


翻译:本文研究了移动域中由Navier-Stokes-Biot(NSBiot)方程组控制的流体-多孔弹性结构相互作用问题。首先,我们提出了一种完全可并行化的松耦合格式来求解该耦合系统。在每个时间步,利用上一时间步的解来近似界面处的耦合条件,使得原始耦合问题被完全解耦为独立的流体和结构子问题,这些子问题可并行求解。由于采用了松耦合格式,每个时间步无需进行子迭代。其次,我们对线性化问题(Stokes-Biot系统)进行了该分裂方法的能量估计,证明该格式是无条件稳定的,其时间步长不受任何物理参数的限制。此外,通过两个基准问题验证了该方法在时间上具有一阶精度。最后,为证明所提方法对于非线性NSBiot系统同样保持优异的稳定性,我们给出了与真实物理应用相关的$2D$和$3D$ NSBiot问题的数值结果。

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