切口零件冲击破坏的SPH模拟

简要介绍了光滑粒子动力学方法的基本思想和基本方程，利用该方法编制程序对带长方形切口式样的冲击破坏过程进行了数值模拟。给出了用这种方法模拟三维冲击破坏的一个算例，并对有关问题进行相关的讨论。     

自由表面流动问题的SPH方法数值模拟

利用光滑粒子流体动力学（SPH）方法对两个自由表面流动问题－水坝坍塌及涌波进入静止水塘作了数值模拟,尝试了一种处理固壁边界条件的方法－－边界力方法。数值模拟结果表明,SPH方法在处理流体复杂大变形问题方面具有优越笥,而边界力方法则是SPH中处理固壁边界的一种行之有效的方法。     

SPH方法在溃坝数值模拟中的应用

光滑粒子流体动力学(SPH)方法是一种纯拉格朗日无网格方法,适用于模拟波浪破碎、高速水流、高速冲击碰撞等瞬时极大变形的问题。介绍了SPH方法的基本原理、核函数及离散格式的控制方程、边界处理方法等,建立了数值水槽模型,验证了模型的有效性。应用SPH方法模拟了二维溃坝问题,考虑了添加无孔障碍物和有孔障碍物的2种情形,将模拟得到的结果进行对比分析。结果表明,SPH方法能够很好地捕捉流体自由面变形、飞溅及融合现象,在一定程度上有孔障碍物有更好的消能效果。     

压铸充型过程的SPH方法建模及数值模拟

基于欧拉描述的数值方法在求解压铸充型过程自由表面问题时存在一定困难.为提高自由表面数值模拟的准确性,建立了基于纯拉格朗日描述的压铸充型过程光滑粒子流体动力学(SPH)方法计算程序.引入Monaghan边界模型建立了型腔壁面边界条件,通过划分入流区域粒子和流体粒子满足了入流边界条件.采用所编制的程序计算了Schmid验证模型,并将该计算结果分别与实验结果以及采用有限差分方法(FDM)计算的结果进行了对比,发现SPH方法的计算结果更好地表现了充型阶段的自由表面分布,且能更准确地模拟充型形成的空穴的位置和大小.     

基于SPH方法的鸟撞飞机风挡的数值模拟

风挡抗鸟撞是飞机安全飞行的重要保证．文中基于飞机圆弧风挡受鸟体撞击的实验观察,建立了国产某型军用飞机圆弧风挡及鸟体的有限元分析模型,利用光滑粒子流体动力学法（SPH）耦合有限元法对圆弧风挡受鸟撞击的过程进行了数值模拟,计算得到风挡结构的变形、位移、应变、撞击力、应力、临界撞速、发生破坏的可能位置及其破坏方式等几方面的数据,并考察了SPH粒子疏密对计算结果的影响．研究表明,数值模拟结果与实验结果基本吻合;鸟撞整个过程约4ms,撞击中点、前1／3处和后1／3处,风挡发生破坏（包括安全破坏）的临界撞速分别约为（540±5）、（600±5）和（470±5）km／h;鸟撞过程中,风挡的位移与其厚度是同一量级,风挡的最大应变已达到1012量级;风挡首先发生破坏的位置在后弧框附近,然后向与风挡中线成45。角的方向发展;SPH粒子数越多,鸟体变形模态越好．     

基于SPH方法高速射流冲刷的模拟

针对有限单元法在处理大变形中的网格重构、网格畸变等问题的困难,采用SPH方法模拟高速射流冲刷过程。SPH方法是一种纯拉格朗日型的无网格粒子法,能够有效地避免大变形中的各种网格问题。采用该种方法主要模拟不同工况下的冲坑发展情况,冲刷对象选LS-DYNA中的MAT147材料模型。计算结果表明采用SPH方法可以形象、直观地反映高速射流冲刷的过程,并且能够清楚地描述粒子速度场和砂床内部压力场的演变,所得结果可以为高速淹没射流的研究提供参考。     

基于SPH方法的不同材质射流毁伤性能研究

为研究不同材质射流的毁伤性能,使用AUTODYN有限元软件,采用光滑粒子流体动力学（SPH）方法对Cu、PTFE、PTFE-Cu三种材料药型罩形成射流的成型及侵彻靶板过程进行了数值仿真,并通过实验进行验证.研究结果表明:Cu材料药型罩在爆轰波的作用下形成凝聚的射流,而PTFE和PTFE-Cu材料药型罩则形成飞散的粒子流;三种材料射流侵彻靶板过程中,Cu射流头部速度最低,侵彻深度最深,开孔最小;PTFE粒子流头部速度最高,侵彻深度最浅,开孔大小居中;PTFE-Cu射流的头部速度和侵彻深度都居中,而开孔最大;PTFE-Cu射流克服了PTFE射流侵彻性能不足的缺点,其开孔能力较之铜射流有所提高.      

SPH方法后处理的新途径

重点研究并挖掘对化合物分子三维立体结构可视化显示软件RasMol的功能。在用实心球体粒子集合显示连续体,并提出了一套比较完整的基于Rasmol软件的光滑粒子流体动力学（SmoothedParticleHydrodynamics,简称SPH）后处理的新途径。为sPH和其它无网格方法的后处理问题提供可行的方法和新途径。     

面向光滑粒子流体动力学(SPH)流体的湍流细节模拟

研究基于光滑粒子流体动力学（smoothed particle hydrodynamics,SPH）方法的恢复涡流和湍流细节的方法,缓解因采用人工黏度而产生的数值耗散.根据由黏性力引起的动能损失率对离散点的涡度进行修正.通过流函数将涡度变化恢复到速度场,避免求解Biot-Savart积分这一耗时过程.该方法基于旋度计算,不仅可以增强现有的涡流,还可在潜在位置产生新的湍流,并且其易于集成到现有SPH方法中.实验证明,该方法可以逼真地模拟湍流细节,并实现不同强度水平的增强效果.      

基于SPH方法与GPU并行计算的阶梯流数值模拟

为了更好地模拟分析地下空间阶梯流动力学规律和提升数值计算效率,本文利用光滑粒子流体动力学方法(SPH)并借助GPU并行计算技术对地下空间阶梯流进行数值建模和计算。基于GPU并行化加速的SPH地下空间阶梯流模型的数值计算结果表明：该模型不仅计算获得较好的阶梯流流态,而且计算效率大幅度提高,比串行SPH模型和移动粒子半隐方法(MPS)模型快数百倍,这为研究大尺度城市街区洪水提供了一个比较有前景的研究途径。     

应力波和层裂计算中的光滑粒子法

采用光滑粒子法,数值模拟了平板碰撞下一维弹塑性应变波的传播及其在自由面和固定端的反射.通过引入含损伤的应变率相关的本构方程,对铝-锂合金的层裂实验进行了数值模拟.计算结果表明,光滑粒子法能很好地模拟应力波的传播和相互作用,层裂的计算结果与实验结果也比较吻合.     

棱形液舱内液体晃荡问题的SPH数值模拟

应用改进的SPH方法模拟棱形液舱在不同充液比、横摇激励频率工况下的液体晃荡行为。该方法能模拟出液体大幅度非线性晃荡产生的翻卷、破碎等现象,模拟结果与实验结果吻合较好。通过改变舱体结构,对带有隔板的棱形液舱进行数值模拟,分析隔板对液体晃荡特性的影响。结果表明:充液比及激励频率对液体的晃荡特性有重要影响,且适当改变箱体结构可以有效地抑制晃荡现象。     

基于SPH方法的立面二维涌浪数值模拟

基于无网格SPH法模拟块体下滑所引起的涌浪流动过程,并将模拟得到的自由表面速度、高度变化结果与解析解以及VOF紊流模型计算结果进行比较。在此基础上,计算滑块下滑速度分别为0.2,0.6,1.0 m/s时的自由面变化。结果表明:滑块下滑引起水槽自由液面变化并形成卷碎波,并有水气混掺现象。自由面孤立波波形、水平速度与解析解以及VOF紊流模型计算结果吻合较好。下滑速度较慢时波形平坦,无卷碎波产生;滑速大时水气完全分离;涌浪形成的波峰峰值随滑块入水速度增大而增加。SPH方法可进一步用于模拟水体中由大型崩岸产生的高速远程滑坡涌浪或复杂的海啸模拟。     

一种光滑粒子流体动力学-有限元法转换算法及其在冲击动力学中的应用

为了解决冲击动力学中的大变形问题,提出了一种光滑粒子流体动力学-有限元法(SPH-FEM)转换算法,以等效Mises应力作为转换判据,将冲击过程中局部大变形区域的有限元网格转换为SPH粒子.该算法在大变形区域使用具有优势的SPH,在小变形区域使用精度和效率更高的FEM,为冲击动力学问题的数值计算提供了一条有效途径.使用SPH-FEM转换算法对圆柱形钢弹正冲击钢板发生冲塞破坏的过程进行了三维数值计算,计算结果与实验吻合较好,显示了该算法在计算精度方面的优势.在实际工程中,需要根据具体材料的失效模式,选择更加合适的转换判据.     

基于光滑粒子元的水-沙两相流冲刷数值仿真

基础河床冲刷逐渐成为水工建筑物等结构破坏的主要原因,传统分析方法基于欧拉网格法模拟,易出现网格畸变、计算不收敛等情况,降低了计算效率与精度.基于拉格朗日坐标系下无网格光滑粒子元法（Smoothed Particle Hydrodynamics,SPH）对河床冲刷过程进行数值模拟;将泥沙相视为非牛顿流体,分为沉积物、推移质、悬移质三种状态;引入Drucker-Prager与Shields应力模型作为泥沙状态转化判断准则,为不同状态泥沙粒子赋予不同流变特性,使计算结果可准确描述水-沙耦合过程. 提出了基于SPH多相流模型的河床冲刷数值仿真改进算法,编写了泥沙冲刷计算模块,采用GPU进行计算加速,最后将所得数值水槽模型与Louvain溃坝试验及其他同类仿真结果进行对照. 结果表明：本文模型能够更为准确地反映冲刷发展整体趋势;各时刻自由液面、水-沙交界面轮廓均方根误差均在合理范围内;数值模型与试验结果吻合度较高.     

静态场中插值函数条件的研究

将质点形式SPH方程应用于静态场，被估质点既可以为初设质点，亦可位于初设质点之间。通过分析，得到了合适的插值函数应该满足的3个条件，8个插值函数的分析结果表明了3个条件的适用性。最后，利用一个函数的估值实例，证实了3个条件可以用于评价插值函数的优劣。分析结果表明，Gaussian和五次样条插值函数是最佳的插值函数。     

液固高速撞击时材料表面损伤的数值模拟

为了研究液固撞击的机理,采用光滑粒子流体动力学方法(SPH)与有限单元法(FEM)建立了考虑流固耦合效应的高速液固撞击数值模型,详细分析了直径为2 mm、撞击速度为1 000 m/s的液滴和射流对有机玻璃(PMMA)的三维撞击和破坏状况.分析表明:射流与液滴在撞击初始时刻的前缘变形和内部压力分布几乎是完全相同的; 液滴撞击固体的最大压力值出现在0.20 μs时,但此时材料内部最大等效应力只有104 MPa,材料还不足以发生破坏; 产生于液固撞击瞬时后0.32 μs、速度高达2 925 m/s的侧向射流是使固体表面产生破坏的主要原因,因此撞击最初的破坏位于以撞击中心为圆心的一个圆环区域处.所得材料表面损伤情况与Brunton的实验数据吻合良好,证明了数值模型的可行性和精确性.