近日，我院李志強教授團隊青年教師霍樹浩在國際計算力學頂級期刊《Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering》上發表研究論文。這篇論文的标題為“Conservative immersed-type algorithm with a Cartesian grid-based smoothed finite element method for the 2D fluid-structure interaction”，中文可譯為“基于笛卡爾網格的二維流-固耦合守恒浸入光滑有限元法”。圖1為論文首頁，論文鍊接：https://doi.org/10.1016/j.cma.2024.117275。
圖1論文首頁
流-固耦合問題在工程和科學領域中具有重要意義。不可壓縮流體與大變形結構的流-固耦合問題是應用力學和工程領域中的一類重要問題。基于笛卡爾網格的流-固耦合技術則是該領域的一個重要發展方向。不可壓縮流體在實際工程中廣泛存在，例如水、油等常見流體在很多情況下都可近似為不可壓縮流體。而大變形結構在諸如航空航天、生物醫學、機械工程等領域也經常遇到，比如飛行器在高速飛行時的結構變形、人體心髒等軟組織的變形等。流-固耦合問題就是研究流體與結構之間相互作用的問題，這種相互作用既包括流體對結構的作用力，也包括結構變形對流體流動的影響。
該文結合了笛卡爾網格和光滑有限元方法，提出了一種守恒的浸沒算法用于求解二維流-固耦合問題。建立了完全光滑有限元框架下的二維流-固耦合的數學模型，包括流體的納維-斯托克斯方程和固體的運動方程。對流體和固體的物理量進行離散化處理，流體方程和固體方程全部采用光滑有限元方法求解，為二維流固耦合問題提供了一種有效的數值求解方法，具有較高的計算精度和穩定性，對于解決實際工程問題具有重要意義。該算法可應用于航空航天、機械工程、生物醫學等領域中的流-固耦合問題，如飛行器的氣動彈性分析、心髒瓣膜的流-固耦合分析等。未來的研究可以進一步擴展該算法到三維問題和複雜幾何形狀的應用中，提高算法的通用性和實用性。
霍樹浩老師為該論文的第一作者和第一通訊作者，中南大學姜琛副教授為共同通訊作者，北京理工大學洪寅博士、河北工業大學王剛教授、太原理工大學李志強教授以及美國Cincinnati大學G.R. Liu教授為文章共同作者。該研究受到了國家自然科學基金(Nos.: 12372204、12272255)和山西省基礎研究計劃(No.: 202203021212269)的支持。
《Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering》是一本專注于工程和多學科領域的Multi-Language學術期刊，創刊于1972年，由Elsevier出版商出版。該刊緻力于發表流體力學、材料力學、固體與結構力學等計算力學領域的前沿成果，具體涵蓋固體和結構力學、流體力學、材料力學、傳熱、動力學、地質力學、聲學、生物力學、納米力學、分子動力學模拟、量子力學、電磁學等多個學科方向，在計算力學領域具有非常高的學術影響力和權威性，被廣泛認為是計算力學領域的頂級期刊之一，在工程技術 - 工程：綜合領域也有較高的影響力。該刊已被SCIE數據庫收錄，在中科院JCR最新升級版分區表中，該刊分區信息為大類學科工程技術1區，2023年影響因子為6.9。
