PL EN


Preferencje help
Widoczny [Schowaj] Abstrakt
Liczba wyników
Tytuł artykułu

A High Performance Computing approach to the simulation of Fluid-Solid Interaction problems with rigid and flexible components

Treść / Zawartość
Identyfikatory
Warianty tytułu
PL
Zastosowanie wysokowydajnej techniki obliczeniowej (HPC) do symulacji problemów interakcji między płynem i ciałem stałym z elementami sztywnymi i elastycznymi
Języki publikacji
EN
Abstrakty
EN
W pracy przedstawiono zarys jednolitego podejścia do bezpośredniej numerycznej symulacji problemów interakcji płyn – ciało stałe (FSI) z wykorzystaniem wielowątkowej wysokowydajnej techniki obliczeniowej (HPC) o wielkiej skali. Algorytm symulacji opiera się na rozszerzonej metodzie hydrodynamiki cząstek gładkich (XSPH), która opisuje przepływ płynu w formalizmie Lagrange'a zgodnym z metodą Lagrange'a śledzenia fazy stałej. W celu modelowania sztywnego i elastycznego układu wielu ciał implementowano ogólną, trójwymiarową dynamikę ciała sztywnego i zastosowano sformułowanie bezwzględnych współrzędnych węzłowych (ANCF). Dwukierunkowe sprzężenie między płynem i fazą stałą jest zamodelowane przez użycie znaczników wymuszenia warunków brzegowych (BCE) które oddają działanie sił sprzężenia między płynem a ciałem stałym wymuszając brak poślizgu w warunkach brzegowych. Problem interakcji bliskiego zakresu między płynem i ciałem stałym, która ma decydujący wpływ na zachowanie w małej skali mieszanin płynów i ciał stałych, rozwiązano przy pomocy modelu sił smarowania. Stany systemu zbiorczego są integrowane w czasie przy użyciu jawnego, wieloszybkościowego schematu. By zmniejszyć wielkie obciążenie obliczeniowe, w algorytmie ogólnym położono nacisk na obliczenia równoległe w kartach procesorów graficznych (GPU). W pracy przedstawiono analizę wydajności i skalowania dla scenariuszy symulacji obejmujących jedną lub wiele faz przy liczbie obiektów stałych sięgającej dziesiątek tysięcy. Implementacja oprogramowania przedstawionej metody, o nazwie Chrono: Fluid, jest częścią projektu Chrono i jest udostępniona do użytku nieodpłatnego.
Rocznik
Strony
227--251
Opis fizyczny
Bibliogr. 36 poz., rys.
Twórcy
autor
  • University of Wisconsin-Madison, 1513 University Avenue, Madison, WI-53706, USA
autor
  • University of Wisconsin-Madison, 1513 University Avenue, Madison, WI-53706, USA
autor
  • University of Wisconsin-Madison, 1513 University Avenue, Madison, WI-53706, USA
Bibliografia
  • [1] Anitescu M., Hart G.D.: A constraint-stabilized timestepping approach for rigid multibody dynamics with joints, contact and friction. International Journal for Numerical Methods in Engineering 60(14), 2335–2371 (2004).
  • [2] Atkinson K.: An introduction to numerical analysis. John Wiley and Sons, USA (1989).
  • [3] Benz W.: Smoothed particle hydrodynamics: A review. In: Proceedings of the NATO Advanced Research Workshop on The Numerical Modelling of Nonlinear Stellar Pulsations Problems and Prospects, Les Arcs, France, March 20-24. Kluwer Academic Publishers (1986).
  • [4] Chrono::Fluid: An Open Source Engine for Fluid-Solid Interaction (2014). http://armanpazouki.github.io/chrono-fluid/
  • [5] Cleary P.W.: Modelling confined multi-material heat and mass flows using SPH. Applied Mathematical Modelling 22(12), 981–993 (1998).
  • [6] Colagrossi A., Landrini M.: Numerical simulation of interfacial flows by smoothed particle hydrodynamics. Journal of Computational Physics 191(2), 448–475 (2003).
  • [7] Dilts G.: Moving-least-squares-particle hydrodynamics–I. consistency and stability. International Journal for Numerical Methods in Engineering 44(8), 1115–1155 (1999).
  • [8] Ding E.J., Aidun C.K.: Extension of the lattice-Boltzmann method for direct simulation of suspended particles near contact. Journal of statistical physics 112(3-4), 685–708 (2003).
  • [9] Gerstmayr J., Shabana A.: Analysis of thin beams and cables using the absolute nodal coordinate formulation. Nonlinear Dynamics 45(1), 109–130 (2006).
  • [10] Haug E.: Computer aided kinematics and dynamics of mechanical systems. Allyn and Bacon Boston (1989).
  • [11] Hoberock J., Bell N.: Thrust: C++ template library for CUDA. http://thrust.github.com/
  • [12] Hu W., Tian Q., Hu H.: Dynamic simulation of liquid-filled flexible multibody systems via absolute nodal coordinate formulation and SPH method. Nonlinear Dynamics pp. 1–19 (2013).
  • [13] Kruggel-Emden H., Simsek E., Rickelt S., Wirtz S., Scherer V.: Review and extension of normal force models for the discrete element method. Powder Technology 171(3), 157–173 (2007).
  • [14] Kruggel-Emden H., Wirtz S., Scherer V.: A study on tangential force laws applicable to the discrete element method (DEM) for materials with viscoelastic or plastic behavior. Chemical Engineering Science 63(6), 1523–1541 (2008).
  • [15] Ladd A.J.: Sedimentation of homogeneous suspensions of non-Brownian spheres. Physics of Fluids 9, 491 (1997).
  • [16] Liu M.B., Liu G.R.: Smoothed particle hydrodynamics (SPH): An overview and recent developments. Archives of Computational Methods in Engineering 17(1), 25–76 (2010).
  • [17] Lucy L.B.: A numerical approach to the testing of the fission hypothesis. The Astronomical Journal 82, 1013–1024 (1977).
  • [18] Micikevicius P.: GPU performance analysis and optimization (2014). http://on-demand.gputechconf.com/gtc/2012/presentations/S0514-GTC2012-GPU-Performance-Analysis. pdf
  • [19] Monaghan J.J.: An introduction to SPH. Computer Physics Communications 48(1), 89–96 (1988).
  • [20] Monaghan J.J.: On the problem of penetration in particle methods. Journal of Computational Physics 82(1), 1–15 (1989).
  • [21] Monaghan J.J.: Smoothed particle hydrodynamics. Annual Review of Astronomy and Astrophysics. 30, 543–574 (1992).
  • [22] Monaghan J.J.: Smoothed particle hydrodynamics. Reports on Progress in Physics 68(1), 1703–1759 (2005).
  • [23] Monaghan J.J., Gingold R.: Shock simulation by the particle method SPH. Journal of Computational Physics 52(2), 374–389 (1983).
  • [24] Morris J., Fox P., Zhu Y.: Modeling low Reynolds number incompressible flows using SPH. Journal of Computational Physics 136(1), 214–226 (1997).
  • [25] Negrut D., Tasora A., Mazhar H., Heyn T., Hahn P.: Leveraging parallel computing in multi-body dynamics. Multibody System Dynamics 27(1), 95–117 (2012).
  • [26] NVIDIA: CUDA developer zone (2014). https://developer. nvidia.com/cuda-downloads.
  • [27] NVIDIA: NVIDIA GeForce GTX 680 (2014). http://www.geforce.com/Active/en?US/en?US/ pdf/GeForce-GTX-680-Whitepaper-FINAL.pdf.
  • [28] Pazouki A., Mazhar H., Negrut D.: Parallel collision detection of ellipsoids with applications in large scale multibody dynamics. Mathematics and Computers in Simulation 82(5), 879–894 (2012). URL http://www.sciencedirect. com/science/article/pii/S0378475412000080.
  • [29] Pazouki A., Negrut D.: Direct simulation of lateral migration of buoyant particles in channel flow using GPU computing. In: Proceedings of the 32nd Computers and Information in Engineering Conference, CIE32, August 12-15, Chicago, IL, USA. American Society of Mechanical Engineers (2012).
  • [30] Pazouki A., Negrut D.: A numerical study of the effect of particle properties on the radial distribution of suspensions in pipe flow. Submitted to International Journal of Multiphase Flow (2014).
  • [31] Pazouki A., Serban R., Negrut D.: A Lagrangian-Lagrangian framework for the simulation of rigid and deformable bodies in fluid. Multibody Dynamics: Computational Methods and Applications, ISBN: 9783319072593, Springer, 2014, pp. 33-52.
  • [32] SBEL: Vimeo page (2014). https://vimeo.com/uwsbel.
  • [33] Schörgenhumer M., Gruber P.G., Gerstmayr J.: Interaction of flexible multibody systems with fluids analyzed by means of smoothed particle hydrodynamics. Multibody System Dynamics pp. 1–24 (2013).
  • [34] Schwab A., Meijaard J.: Comparison of three-dimensional flexible beam elements for dynamic analysis: finite element method and absolute nodal coordinate formulation. In: Proceedings of the ASME 2005 IDETC/CIE. Orlando, Florida (2005).
  • [35] Shabana A.: Flexible multibody dynamics: Review of past and recent developments. Multi-body System Dynamics 1, 339–348 (1997).
  • [36] Shabana A.: Dynamics of Multibody Systems. Cambridge University Press, New York (2005).
Typ dokumentu
Bibliografia
Identyfikator YADDA
bwmeta1.element.baztech-9af18fbe-97ec-4b65-981c-b7eb0e0703e9
JavaScript jest wyłączony w Twojej przeglądarce internetowej. Włącz go, a następnie odśwież stronę, aby móc w pełni z niej korzystać.