5、流体-结构相互作用耦合技术详解

流体-结构相互作用耦合技术详解

1 流体-结构相互作用（FSI）概述

流体-结构相互作用（FSI）是工程和科学领域中一个非常重要的研究方向，特别是在航空、汽车、生物医学等领域。FSI问题的核心在于流体和结构之间的相互依赖关系：流体的流动行为取决于结构的形状和运动，而结构的运动和变形则受到流体施加在其上的力的影响。这种相互作用在自然界和人类生活中随处可见，例如飞机机翼的颤振、机场风筒的摆动、风力发电机叶片的偏转、汽车安全气囊的充气、宇宙飞船降落伞的动态、船舶的摇晃、心脏泵血伴随的心脏瓣膜开闭等。

2 松散耦合方法

2.1 方法简介

松散耦合（Loose Coupling）是一种顺序求解流体力学、结构力学和网格移动方程的方法。对于给定的时间步长，松散耦合算法的典型流程如下：

1. 求解流体力学方程 ：首先计算流体对结构的作用力，边界条件采用界面外推的结构位移率。
2. 求解结构力学方程 ：接着计算结构的响应，界面的流体力学牵引力是更新后的。
3. 求解网格移动方程 ：最后计算网格的更新，界面的结构位移也是更新后的。

这种方式允许使用现有的流体和结构求解器，因此是一个重要的动机。此外，对于一些问题，松散耦合方法效果良好且非常高效。

2.2 优缺点分析

优点	缺点