基于完全变光滑长度SPH方法的高能炸药爆轰过程数值试验

传统的网格方法在模拟高能炸药(HE)爆炸问题时常会出现网格扭曲等问题,光滑粒子流体动力学(smoothed particle hydrodynamics)方法是一种无网格纯Lagrangian粒子方法,非常适合求解这类问题。本文应用作者提出的完全变光滑长度SPH方法,修正了传统SPH法中由于变光滑长度效应所造成的计算误差,其在模拟密度等物理参量变化梯度剧烈的问题时比传统SPH法具有更高精度和稳定性;针对一维TNT板条爆轰过程和三维TNT聚能装药的爆轰过程两个算例进行了数值试验,并与已有的传统SPH法数值模拟结果及理论解进行了对比。结果表明,算例一说明该方法较传统SPH法在模拟此类问题时具有更高精度,比传统方法计算的CJ参数更接近理论值,验证了该方法在爆轰过程模拟的有效性;算例二说明该方法成功地进行了三维TNT聚能装药的爆轰过程数值试验,获得了爆轰产物气流的传播特性和喷射规律并符合爆炸理论。

变光滑长度SPH方法在入水冲击中的应用研究

计算效率低一直以来都是SPH方法(光滑粒子流体动力学方法)发展过程中面临的技术难题,而变光滑长度SPH方法既可以提高粒子非均匀分布时核函数计算精度,又能保证邻近粒子相互作用的对称匹配,因此对提高计算效率十分有益。本文采用空间变光滑长度SPH方法,并提出了一种新型的高效、高鲁棒性搜索方法,即平衡型树形搜索法(balanced alternative digital tree search algorithm,B-ADT),开展了二维楔形体入水冲击问题的应用研究,模拟结果显示文中所采用的空间变光滑长度SPH方法和平衡型树形搜索法,在保证计算精度的情况下,可以有效提高计算效率,这为下一步开展复杂工程应用打下重要基础。

完全变光滑长度SPH法及其实现

提出完全变光滑长度SPH法及其算法实现.方程组基于对称形式核函数近似,SPH密度演化方程与变光滑长度方程隐式关联;在Springel提出的全守恒SPH方程组基础上,通过将分散核近似形式改进为对称核近似形式得到SPH动量方程和能量方程.采用迭代求解密度演化方程和变光滑长度方程,显式求解SPH动量方程和能量方程,增加的计算量相对很少.给出三个1D激波管算例和2D Sedov算例验证方法的有效性.数值结果表明,算法保持动量和能量的守恒律,解决了传统SPH法中由于变光滑长度影响带来的计算误差,且在模拟2DSedov问题时能得到比Springel方法更准确的压强峰值位置和中心压强值.特别适合于模拟爆炸与冲击、大变形大扭曲等密度梯度和光滑长度梯度剧烈变化的问题.

基于空间变光滑长度SPH方法研究

光滑粒子方法(SPH)在模拟界面变形问题方面有独特优势,但传统SPH方法大都采用区域恒定一致光滑长度算法,存在计算效率低的不足。为提高其在求解问题时的计算效率和空间分辨能力,采用粒子扩散分布模型,给每个粒子配置独立的光滑长度及质量,并使用空间变光滑长度SPH方法求解。以气泡上浮和非对称楔形体入水冲击两个算例验证了方法的有效性。结果显示,采用合理的粒子分布方式结合空间变光滑长度算法,均可获得与实验吻合很好的结果,但所需粒子数都较均匀粒子分布减少约1/4,计算效率提高了25%。这表明空间变光滑长度SPH方法可以在保证计算精度的同时大幅提高计算效率,适合模拟三维多相流动、入水冲击等复杂工程问题。