光滑粒子流體動力學

Particle particle-in particle

光滑粒子流體動力學方法SPH (Smoothed Particle Hydrodynamics)是近20多年來逐步發展起來的一種無格線方法，該方法的基本思想是將連續的流體(或固體)用相互作用的質點組來描述，各個物質點上承載各種物理量，包括質量、速度等，通過求解質點組的動力學方程和跟蹤每個質點的運動軌道，求得整個系統的力學行為。這類似於物理學中的粒子云 particle-in-cell)模擬，從原理上說，只要質點的數目足夠多，就能精確地描述力學過程。 雖然在SPH方法中，解的精度也依賴於質點的排列，但它對點陣排列的要求遠遠低於格線的要求。由於質點之間不存在格線關係，因此它可避免極度大變形時格線扭曲而造成的精度破壞等問題，並且也能較為方便的處理不同介質的交界面。SPH的優點還在於它是一種純lagrange方法，能避免Euler描述中歐拉格線與材料的界面問題，因此特別適合於求解高速碰撞等動態大變形問題。　最初的SPH方法是Lucy、Gingold和Monaghan首次於1977年分別提出的[15,16]，Johnson 和 Beissel提出了歸一化的光滑函式算法，這一算法能夠提高SPH的計算精度，並能通過分片試驗。在衝擊碰撞方面，Johnson 等[20,21]採用類似於SPH的廣義粒子算法（generalized particle algorithm）進行圓桿的撞擊以及彈體侵徹的數值計算，Parshikov等[56]用改進的SPH方法分析了子彈衝擊靶體的臨界穿透速度，結果與實驗吻合得較好。上述衝擊碰撞算例中，衝擊體與靶體都是固體結構，其發生的變形相對液體－固體的衝擊碰撞要小的多，並且SPH粒子均採用規則建模，對於複雜三維模型分配粒子位置和質量時存在局限性。