A finite difference method with subsampling for immersed boundary simulations of the capsule dynamics with viscoelastic membranes
Notice bibliographique
Résumé
The membrane or interfacial viscosity is an important property in many multiphase and biofluidic situations, such as the red blood cell dynamics and emulsion stability. The immersed boundary method (IBM), which incorporates the dynamic flow-membrane interaction via force distribution and velocity interpolation, has been extensively employed in simulations of such systems. Unfortunately, direct implementation of membrane viscosity in IBM suffers severe numerical instability, which causes an IBM calculation to break down before generating any useful results. Few attempts have been recently reported; however, several concerns exist in these attempts, such as the inconsistency to the classical definition of membrane viscosity, the inability to model the shear and dilatational viscosities separately, the unjustified mathematical formulations, and the complicated algorithms and computation. To overcome these concerns, in this paper, we propose a finite difference approach for implementing membrane viscosity in immersed boundary simulations. The viscous stress is obtained via finite difference approximations to the differential strain-stress relationship, with the help of a subsampling scheme to reduce the numerical noise in the calculated strain rates. This simple method has also avoided the complicated matrix calculations in previous attempts, and hence, a better computational efficiency is expected. Detailed mathematical description of the method and key steps for its implementation in immersed boundary programs are provided. Validation and illustration calculations are performed, and our results are compared with analytical solutions and previous publications with satisfactory agreement. The influences of membrane mesh resolution and simulation time step are also examined; and the results show no indication that our finite difference method has downgraded the general IBM accuracy. Based on these simulations and analysis, we believe that our method would be a better choice for future IBM simulations of capsule dynamics with viscoelastic membranes.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,001 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,001 | 0,001 |
| Communication savante | 0,000 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,001 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».