近日，我院李志强教授团队青年教师霍树浩在国际计算力学顶级期刊《Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering》上发表研究论文。这篇论文的标题为“Conservative immersed-type algorithm with a Cartesian grid-based smoothed finite element method for the 2D fluid-structure interaction”，中文可译为“基于笛卡尔网格的二维流-固耦合守恒浸入光滑有限元法”。图1为论文首页，论文链接：https://doi.org/10.1016/j.cma.2024.117275。
图1论文首页
流-固耦合问题在工程和科学领域中具有重要意义。不可压缩流体与大变形结构的流-固耦合问题是应用力学和工程领域中的一类重要问题。基于笛卡尔网格的流-固耦合技术则是该领域的一个重要发展方向。不可压缩流体在实际工程中广泛存在，例如水、油等常见流体在很多情况下都可近似为不可压缩流体。而大变形结构在诸如航空航天、生物医学、机械工程等领域也经常遇到，比如飞行器在高速飞行时的结构变形、人体心脏等软组织的变形等。流-固耦合问题就是研究流体与结构之间相互作用的问题，这种相互作用既包括流体对结构的作用力，也包括结构变形对流体流动的影响。
该文结合了笛卡尔网格和光滑有限元方法，提出了一种守恒的浸没算法用于求解二维流-固耦合问题。建立了完全光滑有限元框架下的二维流-固耦合的数学模型，包括流体的纳维-斯托克斯方程和固体的运动方程。对流体和固体的物理量进行离散化处理，流体方程和固体方程全部采用光滑有限元方法求解，为二维流固耦合问题提供了一种有效的数值求解方法，具有较高的计算精度和稳定性，对于解决实际工程问题具有重要意义。该算法可应用于航空航天、机械工程、生物医学等领域中的流-固耦合问题，如飞行器的气动弹性分析、心脏瓣膜的流-固耦合分析等。未来的研究可以进一步扩展该算法到三维问题和复杂几何形状的应用中，提高算法的通用性和实用性。
霍树浩老师为该论文的第一作者和第一通讯作者，中南大学姜琛副教授为共同通讯作者，北京理工大学洪寅博士、河北工业大学王刚教授、太原理工大学李志强教授以及美国Cincinnati大学G.R. Liu教授为文章共同作者。该研究受到了国家自然科学基金(Nos.: 12372204、12272255)和山西省基础研究计划(No.: 202203021212269)的支持。
《Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering》是一本专注于工程和多学科领域的Multi-Language学术期刊，创刊于1972年，由Elsevier出版商出版。该刊致力于发表流体力学、材料力学、固体与结构力学等计算力学领域的前沿成果，具体涵盖固体和结构力学、流体力学、材料力学、传热、动力学、地质力学、声学、生物力学、纳米力学、分子动力学模拟、量子力学、电磁学等多个学科方向，在计算力学领域具有非常高的学术影响力和权威性，被广泛认为是计算力学领域的顶级期刊之一，在工程技术 - 工程：综合领域也有较高的影响力。该刊已被SCIE数据库收录，在中科院JCR最新升级版分区表中，该刊分区信息为大类学科工程技术1区，2023年影响因子为6.9。
