ALE法によるFSI — 実践例と設定ガイド

Turek & Hron (2006)のFSIベンチマークが最も広く使われている。円柱の後ろに弾性フラグを取り付けた2次元チャネル流れの問題だ。

その通り。密度比1は付加質量効果が最大になるケースで、弱連成では確実に発散する。強連成 + Aitken加速（またはIQN-ILS）が必須だ。このベンチマークでの参照解はフラグ先端のx方向変位・y方向変位と抗力・揚力の時刻歴で、複数の研究グループが高精度の参照値を公開している。

Ansys Workbenchでのワークフローはこうだ。

1. Geometry: SpaceClaimで流体領域と構造領域を作成。共有面（FSI界面）を定義

2. Fluent Setup: Dynamic Mesh有効化。Smoothing: Diffusion-Based（Boundary Distance）。必要ならRemeshing有効化

3. Mechanical Setup: 構造材料定義。FSI面にFluid-Solid Interface条件

4. System Coupling: Transfer 1: Force（Fluent→Mechanical）、Transfer 2: Displacement（Mechanical→Fluent）

5. Coupling Controls: Min/Max iterations per coupling step: 1/10。Convergence target: 変位残差 $10^{-4}$

構造の固有振動周期 $T_n$ を基準にして、$\Delta t < T_n / 20$ とするのが安全だ。流体側のCFL条件も同時に確認する。FSI問題では構造の時間スケールが流体より短いことが多いから、構造側の要求で時間刻みが決まることが多い。

OpenFOAM + preCICE + CalculiX（またはdeal.II）の組み合わせが定番だ。preCICEのチュートリアルにTurekベンチマークが含まれているので、まずはそれを動かしてみるのがいいよ。

preCICEの設定ファイル（precice-config.xml）で重要なパラメータは以下だ。