Распределенные вычисления в сопряженных задачах взаимодействия течений газа и многих деформируемых тел

Игорь Михайлович Кузьмин; Леонид Евгеньевич Тонков

doi:10.35634/2226-3594-2020-56-03

Игорь Михайлович Кузьмин
- Удмуртский государственный университет
Леонид Евгеньевич Тонков
- Удмуртский государственный университет

DOI: https://doi.org/10.35634/2226-3594-2020-56-03

Ключевые слова: сопряженная задача, двухстороннее связывание, распределенные вычисления, численное моделирование

Аннотация

При численном решении сопряженных задач газодинамики и механики деформируемого твердого тела в рамках разделенного подхода каждая из физических подзадач решается независимо с использованием соответствующих программных модулей. Рассматривается модель распределенного программного обеспечения, основанная на компонентном подходе, позволяющем связывать между собой произвольное число программных компонент, соответствующих физическими подзадачам. Приводится общая математическая постановка сопряженной задачи, включающая уравнения газодинамики, механики деформируемого твердого тела, а также граничные условия сопряжения. Реализация программной модели основана на применении промежуточного программного обеспечения ZeroC Ice и выполнена в соответствии с архитектурой «клиент-сервер». В качестве примера рассмотрены задача о взаимодействии ударной волны с упруго-деформируемым обтюратором, состоящим из двух тонких пластин, а также задача обтекания полого деформируемого цилиндра потоком газа. Приведены результаты численного решения.

Литература

1. Farhat C., Lesoinne M. Two efficient staggered algorithms for the serial and parallel solution of three-dimensional nonlinear transient aeroelastic problems // Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering. 2000. Vol. 182. Issues 3-4. P. 499-515.
https://doi.org/10.1016/S0045-7825(99)00206-6
2. Ahrem R. Multidisciplinary simulations with the coupling library MpCCI // Proceedings in Applied Mathematics and Mechanics. 2002. Vol. 1. Issue 1. P. 39-42.
https://doi.org/10.1002/1617-7061(200203)1:1<39::AID-PAMM39>3.0.CO;2-0
3. Breuer M., De Nayer G., Münsch M., Gallinger T., Wüchner R. Fluid-structure interaction using a partitioned semi-implicit predictor-corrector coupling scheme for the application of large-eddy simulation // Journal of Fluids and Structures. 2012. Vol. 29. P. 107-130.
https://doi.org/10.1016/j.jfluidstructs.2011.09.003
4. Bungartz H.-J., Benk J., Gatzhammer B., Mehl M., Neckel T. Partitioned simulation of fluid-structure interaction on Cartesian grids // Fluid Structure Interaction II. Berlin: Springer, 2010. P. 255-284.
https://doi.org/10.1007/978-3-642-14206-2_10
5. Henning M. A new approach to object-oriented middleware // IEEE Internet Computing. 2004. Vol. 8. Issue 1. P. 66-75.
https://doi.org/10.1109/MIC.2004.1260706
6. Копысов С.П., Кузьмин И.М., Недожогин Н.С., Новиков А.К., Рычков В.Н., Сагдеева Ю.А., Тонков Л.Е. Параллельная реализация конечно-элементных алгоритмов на графических ускорителях в программном комплексе FEStudio // Компьютерные исследования и моделирование. 2014. Т. 6. Вып. 1. С. 79-97.
https://doi.org/10.20537/2076-7633-2014-6-1-79-97
7. Giordano J., Jourdan G., Burtschell Y., Medale M., Zeitoun D.E., Houas L. Shock wave impacts on deforming panel, an application of fluid-structure interaction // Shock Waves. 2005. Vol. 14. Issue 1-2. P. 103-110.
https://doi.org/10.1007/s00193-005-0246-9
8. Копысов С.П., Кузьмин И.М., Тонков Л.Е. Моделирование взаимодействия сверхзвукового потока и деформируемой панели в ударной трубе // Вестник Удмуртского университета. Математика. Механика. Компьютерные науки. 2012. Вып. 2. С. 156-165.
https://doi.org/10.20537/vm120214
9. Greenshields C.J., Weller H.G., Gasparini L., Reese J.M. Implementation of semi-discrete, non-staggered central schemes in a colocated, polyhedral, finite volume framework, for high-speed viscous flows // International Journal for Numerical Methods in Fluids. 2010. Vol. 63. Issue 1. P. 1-21.
https://doi.org/10.1002/fld.2069