Ändra sökning
RefereraExporteraLänk till posten
Permanent länk

Direktlänk
Referera
Referensformat
  • apa
  • harvard1
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Annat format
Fler format
Språk
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Annat språk
Fler språk
Utmatningsformat
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
Adaptive unified continuum FEM modeling of a 3D FSI benchmark problem
KTH, Skolan för datavetenskap och kommunikation (CSC), Beräkningsvetenskap och beräkningsteknik (CST).ORCID-id: 0000-0002-1695-8809
KTH, Skolan för datavetenskap och kommunikation (CSC).
KTH, Skolan för datavetenskap och kommunikation (CSC), Beräkningsvetenskap och beräkningsteknik (CST).ORCID-id: 0000-0003-4256-0463
2017 (Engelska)Ingår i: International Journal for Numerical Methods in Biomedical Engineering, ISSN 2040-7939, E-ISSN 2040-7947, Vol. 33, nr 9, artikel-id e2851Artikel i tidskrift (Refereegranskat) Published
Abstract [en]

In this paper, we address a 3D fluid-structure interaction benchmark problem that represents important characteristics of biomedical modeling. We present a goal-oriented adaptive finite element methodology for incompressible fluid-structure interaction based on a streamline diffusion–type stabilization of the balance equations for mass and momentum for the entire continuum in the domain, which is implemented in the Unicorn/FEniCS software framework. A phase marker function and its corresponding transport equation are introduced to select the constitutive law, where the mesh tracks the discontinuous fluid-structure interface. This results in a unified simulation method for fluids and structures. We present detailed results for the benchmark problem compared with experiments, together with a mesh convergence study.

Ort, förlag, år, upplaga, sidor
Wiley-Blackwell , 2017. Vol. 33, nr 9, artikel-id e2851
Nyckelord [en]
adaptive finite element method, benchmark problem, fluid-structure interaction, Benchmarking, Computer programming, Diffusion in liquids, Finite element method, Mesh generation, Transport properties, Adaptive finite element, Adaptive finite element methods, Bench-mark problems, Bio-medical models, Fluid-structure interfaces, Incompressible fluid-structure interaction, Software frameworks, Streamline diffusion, Fluid structure interaction
Nationell ämneskategori
Data- och informationsvetenskap
Identifikatorer
URN: urn:nbn:se:kth:diva-216185DOI: 10.1002/cnm.2851ISI: 000409217800004Scopus ID: 2-s2.0-85017639985OAI: oai:DiVA.org:kth-216185DiVA, id: diva2:1160139
Anmärkning

QC 20171124

Tillgänglig från: 2017-11-24 Skapad: 2017-11-24 Senast uppdaterad: 2018-05-08Bibliografiskt granskad
Ingår i avhandling
1. Adaptive Finite Element Methods for Fluid Structure Interaction Problems with Applications to Human Phonation
Öppna denna publikation i ny flik eller fönster >>Adaptive Finite Element Methods for Fluid Structure Interaction Problems with Applications to Human Phonation
2018 (Engelska)Doktorsavhandling, sammanläggning (Övrigt vetenskapligt)
Abstract [en]

This work presents a unified framework for numerical solution of Fluid Structure Interaction (FSI) and acoustics problems with focus on human phonation. The Finite Element Method is employed for numerical investigation of partial differential equations that model conservation of momentum and mass. Since the resulting system of equations is very large, an efficient open source high performance implementation is constructed and provided. In order to gain accuracy for the numerical solutions, an adaptive mesh refinement strategy is employed which reduces the computational cost in comparison to a uniform refinement. Adaptive refinement of the mesh relies on computable error indicators which appear as a combination of a computable residual and the solution of a so-called dual problem acting as weights on computed residuals. The first main achievement of this thesis is to apply this strategy to numerical simulations of a benchmark problem for FSI. This FSI model is further extended for contact handling and applied to a realistic vocal folds geometry where the glottic wave formation was captured in the numerical simulations. This is the second achievement in the presented work. The FSI model is further coupled to an acoustics model through an acoustic analogy, for vocal folds with flow induced oscillations for a domain constructed to create the vowel /i/. The comparisons of the obtained pressure signal at specified points with respect to results from literature for the same vowel is reported, which is the final main result presented.

Abstract [sv]

Detta arbete presenterar en enhetlig ram för numerisk lösning av fluid-strukturinteraktion (FSI) och akustikproblem med fokus på det mänskligatalet. En finita elementmetod används för numerisk lösning av de partiella differentialekvationer som beskriver konserveringslagar för moment och massa.Eftersom det resulterande systemet av ekvationer är mycket stort, konstruerasen öppen källkod med hög prestanda. För att få hög noggrannhet i de numeriska lösningarna används en adaptiv nätförfiningsstrategi vilken minskar beräkningskostnaden jämfört med en uniform förfining.Adaptiv förfining av nätet bygger på beräknade felindikatorer som bygger på en kombination av en beräkningsbar residual och lösningen av ett såkallat dualt problem. Den första huvudresultatet av denna avhandling är attutveckla en och validera denna strategi för en FSI-modell i ett benchmarkproblem.Denna FSI-modell utvidgas vidare för att hantera kontaktmekanik, ochanvänds sedan för en realistisk modell av stämbandsstrukturerna där denglottiska vågformationen fångas i de numeriska simuleringarna. Detta är detandra huvudresultatet i det presenterade arbetet.FSI-modellen kopplas också till en akustikmodell genom en akustisk analogi,för modell konstruerad för att skapa vokalen / i /. Den erhållna trycksignaleni ett antal punkter jämförs med resultat från litteraturen, vilket är det slutligahuvudresultatet som presenteras.

Ort, förlag, år, upplaga, sidor
Stockholm, Sweden: KTH Royal Institute of Technology, 2018. s. 48
Serie
TRITA-EECS-AVL ; 2018:38
Nyckelord
Fluid Structure Interaction, Finite Element Method, Contact Modeling, Acoustic Coupling, High Performance Computing
Nationell ämneskategori
Beräkningsmatematik
Forskningsämne
Tillämpad matematik och beräkningsmatematik
Identifikatorer
urn:nbn:se:kth:diva-227252 (URN)978-91-7729-764-2 (ISBN)
Disputation
2018-05-23, F3, Sing-Sing, floor 2, KTH Kungliga Tekniska högskolan, Lindstedtsvägen 26, Stockholm, Stockholm, 10:30 (Engelska)
Opponent
Handledare
Forskningsfinansiär
EU, FP7, Sjunde ramprogrammet, 308874Stiftelsen för strategisk forskning (SSF)VetenskapsrådetEU, Europeiska forskningsrådet
Anmärkning

QC 20180509

Tillgänglig från: 2018-05-09 Skapad: 2018-05-08 Senast uppdaterad: 2018-05-09Bibliografiskt granskad

Open Access i DiVA

Fulltext saknas i DiVA

Övriga länkar

Förlagets fulltextScopus

Personposter BETA

Jansson, JohanHoffman, Johan

Sök vidare i DiVA

Av författaren/redaktören
Jansson, JohanDegirmenci, N. C.Hoffman, Johan
Av organisationen
Beräkningsvetenskap och beräkningsteknik (CST)Skolan för datavetenskap och kommunikation (CSC)
I samma tidskrift
International Journal for Numerical Methods in Biomedical Engineering
Data- och informationsvetenskap

Sök vidare utanför DiVA

GoogleGoogle Scholar

doi
urn-nbn

Altmetricpoäng

doi
urn-nbn
Totalt: 205 träffar
RefereraExporteraLänk till posten
Permanent länk

Direktlänk
Referera
Referensformat
  • apa
  • harvard1
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Annat format
Fler format
Språk
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Annat språk
Fler språk
Utmatningsformat
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf