MARC

 008250123s2024        us                              c    eng  d
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■040    ▼aMiAaPQ▼cMiAaPQ
■0820  ▼a629.1
■1001  ▼aFrigoletto,  Braden  E.
■24510▼aOutput-Based  Error  Estimation  and  Mesh  Adaptation  for  High-Fidelity  Fluid-Structure  Interaction
■260    ▼a[Sl]▼bUniversity  of  Michigan▼c2024
■260  1▼aAnn  Arbor▼bProQuest  Dissertations  &  Theses▼c2024
■300    ▼a159  p
■500    ▼aSource:  Dissertations  Abstracts  International,  Volume:  86-04,  Section:  B.
■500    ▼aAdvisor:  Cesnik,  Carlos  E.  S.;Fidkowski,  Krzysztof  J.
■5021  ▼aThesis  (Ph.D.)--University  of  Michigan,  2024.
■520    ▼aComplex  multidisciplinary  systems  require  high-fidelity  analysis  techniques  to  accurately  capture  the  mutual  interactions  and  coupling  of  the  participating  disciplines.  However,  high  costs  associated  with  preparing,  running,  and  verifying  these  models  can  limit  their  use.  Numerical  methods  like  error  estimation  and  adaptive  mesh  refinement  have  been  shown  to  significantly  reduce  some  of  the  cost  burden  associated  with  high-fidelity  analysis  approaches.  Therefore,  their  adoption  can  potentially  allow  for  improvements  in  the  design  process  of  multidisciplinary  systems.  This  dissertation  aims  to  develop  output-based  error  estimation  and  mesh  adaptation  methods  in  a  high-fidelity  framework  for  fluid-structure  interaction  and  to  demonstrate  the  computational  and  operational  benefits  when  applied  to  fluid-structure  interaction  simulations. A  partitioned  framework  for  high-fidelity,  steady,  aeroelastic  analysis  is  presented.  The  fluid  system  models  the  compressible  Euler  and  Navier-Stokes  equations  using  a  high-order  discontinuous  Galerkin  finite  element  method,  whereas  the  structural  system  models  a  built-up  shell  formulation  using  a  high-order  continuous  Galerkin  finite  element  method.  Spatial  coupling  between  the  fluid  and  structural  domains  is  accomplished  using  a  least-squares  technique  and  the  principle  of  virtual  work  to  transfer  sets  of  displacements  and  loads  across  the  non-matching  discretizations  of  the  fluid-structure  interface.  Mesh  motion  in  the  fluid  domain  is  done  with  a  multiscale  radial  basis  function  interpolation  technique  to  complete  the  coupling  cycle.  These  components  are  assembled  together  in  a  single  computing  environment  that  executes  the  four  main  components  of  the  proposed  analysis  procedure:  the  primal  state  solution,  adjoint  solution,  error  estimation,  and  mesh  adaptation.Details  of  the  coupled  primal  and  adjoint  systems  are  presented,  including  the  development  of  the  coupled  adjoint  and  related  derivative  evaluations.  Both  primal  and  adjoint  solutions  are  made  with  block  Gauss-Seidel  fixed-point  iterations.  The  output-based  error  estimate  is  determined  using  nested  approximation  spaces  and  evaluated  with  an  adjoint-weighted  residual.  The  error  estimates  are  localized  to  the  elements  of  each  domain  and  are  used  to  form  adaptive  indicators  for  mesh  refinement.  Mesh  refinement  is  carried  out  on  either  the  element  size  or  order  of  approximation.  Error  estimation  and  mesh  adaptation  are  applied  concurrently  in  both  domains  until  an  error  tolerance  in  the  output  of  interest  is  achieved.  The  various  components  of  the  complete  framework  are  demonstrated  and  verified  independently  on  geometries  including  half-vehicle  and  isolated  wing  models  of  conventional  transonic  transport  aircraft.  The  coupled  adaptive  analysis  is  applied  to  a  sample  test  case  considering  various  outputs  of  interest  for  both  the  fluid  and  structural  domains.  The  adaptive  approach  was  able  to  achieve  approximately  an  order  of  magnitude  reduction  in  the  number  of  degrees  of  freedom  required  for  a  converged  output  compared  to  uniform  refinement.  Likewise,  the  adaptive  analysis  saw  computational  times  as  low  as  23%  of  what  was  required  by  the  conventional  approach.  These  results  indicate  significant  time,  computational  resource,  and  user  interaction  cost  savings  from  the  proposed  approach.
■590    ▼aSchool  code:  0127.
■650  4▼aAerospace  engineering
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■650  4▼aFluid  mechanics
■653    ▼aFluid-structure  interaction
■653    ▼aOutput-based  error  estimation
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■690    ▼a0204
■71020▼aUniversity  of  Michigan▼bAerospace  Engineering.
■7730  ▼tDissertations  Abstracts  International▼g86-04B.
■790    ▼a0127
■791    ▼aPh.D.
■792    ▼a2024
■793    ▼aEnglish
■85640▼uhttp://www.riss.kr/pdu/ddodLink.do?id=T17164530▼nKERIS▼z이  자료의  원문은  한국교육학술정보원에서  제공합니다.

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