宽肩台防波堤稳定性数值模拟方法研究 被引量：1

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作者 李彦卿 别社安 《海洋通报》 CAS CSCD 北大核心 2020年第6期740-749,共10页

宽肩台堆石堤是海岸工程中的一种海堤形式,其以结构简单、施工快捷、布局灵活和造价经济的特点在工程中得到了广泛应用。宽肩台防波堤以堆积块石为主体,在海区波浪作用下达到稳定的堆积结构。进行宽肩台式防波堤稳定性的研究是设计宽肩... 宽肩台堆石堤是海岸工程中的一种海堤形式,其以结构简单、施工快捷、布局灵活和造价经济的特点在工程中得到了广泛应用。宽肩台防波堤以堆积块石为主体,在海区波浪作用下达到稳定的堆积结构。进行宽肩台式防波堤稳定性的研究是设计宽肩台防波堤的重要基础。介绍了波浪水槽的光滑粒子动力学(SPH)理论和建立方法,验证了造波结果。提出了一种块石单元法(GEM)模式,以块石单元为独立刚体来模拟宽肩台防波堤上的块石在波浪作用下的受力状态和运动过程。建立了一种垂向二维光滑粒子动力学方法SPH与GEM耦合的波浪和块石模型,采用SPH与GEM相结合,对防波堤堆石孔隙外部的波浪运动和内部的孔隙环流进行模拟计算,并根据Forchheimer公式确定孔隙内部的压力。用SPH方法模拟堆石堤外部流场的波浪破碎压力,用孔隙环流模拟堆石堤内部的孔隙压力。使用耦合模式模拟了宽肩台防波堤孔隙流场,验证了孔隙压力分布。模拟了波浪作用于块石和块石对波浪动力响应过程,给出了静态平衡到动态平衡的流固场变化,模拟结果与物理模型试验结果基本一致。耦合模型的建立为宽肩台堆石堤的稳定性研究提供了理论依据,同时也为同类型工程研究提供了新思路。 展开更多

关键词 宽肩台防波堤 光滑粒子动力学方法(sph) 块石单元法(GEM) 耦合数值模型 稳定性模拟

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强冲击作用下舰船结构毁伤的三维无网格SPH-RKPM方法数值模拟 被引量：13

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作者 彭玉祥 张阿漫 +1 位作者 薛冰 礼绍博 《中国科学：物理学、力学、天文学》 CSCD 北大核心 2021年第12期146-159,共14页

强冲击载荷会严重威胁舰船生命力,对于冲击作用下舰船结构毁伤的精确预报是舰船防护设计和提高舰船生命力的重要环节.考虑到传统有网格算法在结构断裂模拟上遇到的挑战,本文在前期工作的基础上,建立了强冲击载荷作用下结构毁伤的完全无... 强冲击载荷会严重威胁舰船生命力,对于冲击作用下舰船结构毁伤的精确预报是舰船防护设计和提高舰船生命力的重要环节.考虑到传统有网格算法在结构断裂模拟上遇到的挑战,本文在前期工作的基础上,建立了强冲击载荷作用下结构毁伤的完全无网格模型与计算方法,采用光滑粒子流体动力学(Smoothed Particle Hydrodynamics,SPH)方法计算水下爆炸载荷,基于重构核粒子方法(Reproducing Kernel Particle Method,RKPM)建立结构接触、断裂计算模型.依据法通量方法,耦合RKPM和SPH构建了完全无网格流固耦合三维模型与计算方法,通过多个复杂算例充分验证了该数值计算模型的有效性.进一步开发了强冲击作用下舰船结构毁伤模拟程序,提高了程序的鲁棒性.该程序作为模块已融入到具有完全自主知识产权的FSLAB工业软件之中.与传统网格计算方法相比,本文数值模型在处理结构断裂、损伤等方面有优势,可为舰船防护结构设计提供基础性技术支撑. 展开更多

关键词 结构毁伤 强冲击 光滑粒子流体动力学方法(sph) 重构核粒子方法(RKPM)

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SPH方法中常数一致性核函数的建立及公式化 被引量：3

3

作者 徐绯 郑茂军 菊池正纪 《计算力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第1期48-53,共6页

施加边界条件的不足是SPH方法的一个棘手问题,因为在结构边界外没有颗粒的存在,使得在边界处核函数的单位特性不能得到满足。施加"伪"颗粒是目前通用的一种方法,但是对于不规则结构和复杂几何边界,确定这些"伪"颗... 施加边界条件的不足是SPH方法的一个棘手问题,因为在结构边界外没有颗粒的存在,使得在边界处核函数的单位特性不能得到满足。施加"伪"颗粒是目前通用的一种方法,但是对于不规则结构和复杂几何边界,确定这些"伪"颗粒非常困难。本文讨论通过使用满足常数一致性的核函数来改善边界的不足。文章首先通过三种方法推导了满足常数一致性条件的核函数及其函数梯度的表达式,发现了两个不同分母式的表达,分析了满足常数一致性的修正核函数的数学特性。开展了二维和三维的算例比较,结果发现使用修正的核函数对边界条件有明显改善,对计算精度和稳定性也有显著提高。 展开更多

关键词 光滑粒子流体动力学方法(sph) 核函数 常数一致性 常数完备性 公式化

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含隔板球形贮箱液体晃动激励频率影响分析 被引量：4

4

作者 马亮 刘昊 +2 位作者 魏承 汤亮 赵阳 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2019年第22期257-262,270,共7页

针对航天器球形贮箱液体大幅晃动问题,采用光滑粒子流体动力学方法(SPH)对液体进行建模:基于SPH方法基本方程推导出N-S方程的数值解,并给出人工黏度项、压力项表达式,选择动态边界法处理边界计算问题。建立光滑内壁球形贮箱及带防晃隔... 针对航天器球形贮箱液体大幅晃动问题,采用光滑粒子流体动力学方法(SPH)对液体进行建模:基于SPH方法基本方程推导出N-S方程的数值解,并给出人工黏度项、压力项表达式,选择动态边界法处理边界计算问题。建立光滑内壁球形贮箱及带防晃隔板球形贮箱两种模型,设计力模式、运动模式两种激励形式并选择三种激励频率进行仿真分析,分别记录舱壁受力及测点压强。仿真结果表明:激励频率取为1.5 Hz时,舱壁受力最大;隔板能够减弱液体晃动对舱壁产生的作用;液体晃动现象的产生使得舱壁在y,z两方向的受力均增大;位于液面以下的舱壁所受压力具有“双波峰”特性,而隔板的存在对压力峰值具有“平均化”效果,避免局部压力过大;位于液面以上的舱壁所受压力表现为“脉冲波”形式,随激励频率的增加隔板对舱壁压力的削弱效果越明显。 展开更多

关键词 光滑粒子流体动力学方法(sph) 液体晃动 球形贮箱 隔板 大幅晃动

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破片飞散仿真SPH方法中的初始粒子间距 被引量：3

5

作者 周宵灯 崔村燕 +2 位作者 赵蓓蕾 詹翔 王岩 《兵器装备工程学报》 CAS 北大核心 2018年第8期190-194,共5页

为了解光滑粒子流体动力学方法数值模拟结果对初始粒子间距的依赖性,更合理地选取初始粒子间距h,选用AUTODYN软件以战斗部爆炸破片飞散仿真为例开展均匀初始粒子间距以及不均匀粒子间距对影响数值模拟的研究;通过定义无量纲参数λ和γ(... 为了解光滑粒子流体动力学方法数值模拟结果对初始粒子间距的依赖性,更合理地选取初始粒子间距h,选用AUTODYN软件以战斗部爆炸破片飞散仿真为例开展均匀初始粒子间距以及不均匀粒子间距对影响数值模拟的研究;通过定义无量纲参数λ和γ(λ为战斗部壁厚与初始粒子间距之比,γ为战斗部壳体粒子间距与内部TNT粒子间距之比),对不同粒子间距战斗部模型开展相同初始条件下的数值计算,对比分析爆炸破片的速度和数量特性;结果表明:均匀初始粒子间距的选取对仿真结果的准确性影响很大,为保证模拟精度,h的合理取值范围是6<λ<8;选取不均匀粒子间距时,增加γ值对计算精度提高不明显。 展开更多

关键词 破片 光滑粒子流体动力学方法(sph) 粒子间距 数值仿真

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基于SPH方法航天器含贮箱液体晃动分离动力学研究 被引量：3

6

作者 刘汉武 张华 +3 位作者 胡震宇 王金童 禹志 袁勇 《中国科学：技术科学》 EI CSCD 北大核心 2021年第8期938-947,共10页

航天器在轨分离属于空间微重力环境下的多体动力学,而液体晃动属于复杂的非线性动力学,本文采用光滑粒子流体动力学方法(SPH方法)模拟航天器贮箱中带有自由表面的液体非线性晃动,建立了含贮箱液体晃动的航天器耦合分离动力学模型,通过... 航天器在轨分离属于空间微重力环境下的多体动力学,而液体晃动属于复杂的非线性动力学,本文采用光滑粒子流体动力学方法(SPH方法)模拟航天器贮箱中带有自由表面的液体非线性晃动,建立了含贮箱液体晃动的航天器耦合分离动力学模型,通过航天器分离动力学及流-固耦合动力学分析,解决了贮箱燃料液体大幅晃动对航天器分离姿态的影响问题,给出了液体晃动对航天器产生的干扰力和力矩,对比了考虑液体晃动和假设贮箱液体为刚体得到航天器分离姿态的差异,不同液面高度对航天器分离姿态、干扰力和力矩的影响情况,分析结果为弹簧分离机构的优化设计和分离安全性设计提供参考,同时提高了航天器在轨姿态控制设计的可靠性. 展开更多

关键词 航天器 液体晃动 光滑粒子流体动力学方法(sph) 流-固耦合 分离动力学

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基于无滑移边界条件的SPH方法研究 被引量：3

7

作者 强洪夫 刘开 陈福振 《计算机应用研究》 CSCD 北大核心 2012年第11期4127-4130,共4页

在回顾了SPH无滑移边界条件施加方法的基础上,针对Ellero等人提出的无滑移边界处理方法,结合两次导数求解粘性项,分析了利用该方法求解Poiseuille流模型时遇到的不稳定问题,包括数值误差引起的不稳定问题和边界粒子场变量更新方式引起... 在回顾了SPH无滑移边界条件施加方法的基础上,针对Ellero等人提出的无滑移边界处理方法,结合两次导数求解粘性项,分析了利用该方法求解Poiseuille流模型时遇到的不稳定问题,包括数值误差引起的不稳定问题和边界粒子场变量更新方式引起的不稳定问题,提出了相应的解决方案并对其方法进行了一定的改进,获得了更加精确的计算结果。最后尝试了一种与改进边界处理方法等效的方法,并利用Poiseuille流模型进行了验证。 展开更多

关键词 光滑粒子流体动力学方法(sph) 无滑移边界条件 不稳定性 数值误差 等效方法

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动态大变形计算模拟的无网格强积分核函数 被引量：3

8

作者 徐绯 刘斌 +1 位作者 郑茂军 菊池正纪 《中国科学：物理学、力学、天文学》 CSCD 北大核心 2010年第9期1174-1184,共11页

作为一种基于强函数积分形式的无网格计算方法,SPH(Smoothed Particle Hydrodynamics)方法在高能炸药爆炸、流体动力学及固体强冲击模拟计算中已经得到了广泛的应用.然而,目前该方法还存在许多问题,主要表现在拉伸不稳定性、零能量模式... 作为一种基于强函数积分形式的无网格计算方法,SPH(Smoothed Particle Hydrodynamics)方法在高能炸药爆炸、流体动力学及固体强冲击模拟计算中已经得到了广泛的应用.然而,目前该方法还存在许多问题,主要表现在拉伸不稳定性、零能量模式、边界条件实施困难、精度较差等,研究表明通过提高核函数的一致性可以使这些问题得到不同程度的改善.在RKPM(Reproducing Kernel Particle Method)方法基础上推导了高阶一致性核函数的公式,构造了适用于SPH方法的简化线性一致性核函数.通过算例证明了简化线性一致性核函数的可行性和优越性,即随着核函数一致性的提高,数值计算精度不断改善,最后对线性一致性核函数的非负特性进行了讨论. 展开更多

关键词 无网格 光滑粒子流体动力学方法(sph) 核函数 线性一致性 非负特性

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一种可考虑界面不连续的改进SPH方法 被引量：2

9

作者 赵燕 徐绯 李玉龙 《计算力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第6期928-934,共7页

SPH方法模拟工程问题时通常遇到不连续的物理量,因此有必要引入不连续的SPH方法。本文基于Taylor展开公式推导了2D和3D的不连续SPH公式。针对越过材料界面不连续物理量的计算,给出了大变形计算中确定不连续位置的方法;基于Taylor展开公... SPH方法模拟工程问题时通常遇到不连续的物理量,因此有必要引入不连续的SPH方法。本文基于Taylor展开公式推导了2D和3D的不连续SPH公式。针对越过材料界面不连续物理量的计算,给出了大变形计算中确定不连续位置的方法;基于Taylor展开公式,从理论上给出了确定不连续公式中xk点的方法,并用数值方法验证了此方法的有效性。比较和讨论了初始SPH方法,CSPM方法与不连续SPH方法处理不连续量的效果。结果显示不连续SPH方法在计算不连续量时有较大的优势。 展开更多

关键词 光滑粒子流体动力学方法(sph) 不连续sph公式 大变形 不连续界面 材料界面

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基于C++AMP的两相并行SPH流动模拟

10

作者 梁光川 郑达 +2 位作者 周军 文韵豪 何承宏 《北京石油化工学院学报》 2018年第2期61-64,70,共5页

随着多相流技术在石油工业的地位的提高,对多相流动数值模拟的要求也随之提高。传统的基于网格的数值方法如FDM和FEM处理运动交界面位置时十分困难,近些年兴起的无网格方法则善于处理该类问题。SPH是无网格方法中一种较为成熟的方法,相... 随着多相流技术在石油工业的地位的提高,对多相流动数值模拟的要求也随之提高。传统的基于网格的数值方法如FDM和FEM处理运动交界面位置时十分困难,近些年兴起的无网格方法则善于处理该类问题。SPH是无网格方法中一种较为成熟的方法,相比其他无网格数值方法,基于粒子构架的性质使得SPH法在追踪相间边界的移动变化上有天然优势。为提高程序效率和数据处理能力,对SPH两相流动模拟进行了并行化处理,并行手段为在GPU上使用C++AMP技术。GPU有利于计算流体动力学方法的并行化处理,与传统异构计算技术如CUDA和OpenCL相比,C++AMP在GPU上的并行处理无需预编译,更加简便。通过算例对串行和并行SPH两相流动模型进行了比较,结果表明,并行后的程序有显著的效率提升。 展开更多

关键词 光滑粒子流体动力学方法(sph) 两相流模拟 并行模型 C++AMP

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风沙流结构的SPH模拟研究

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作者 楚花明 金阿芳 +1 位作者 闻腾腾 梁岚博 《机械设计与制造》 北大核心 2022年第1期32-36,41,共6页

风沙流结构是研究风沙流运动的重要内容,沙粒的起跳速度的分布对其有重要影响。这里使用光滑粒子流体动力学方法(Smooth Particle Hydrodynamics,简称SPH方法),建立了气体和沙粒的受力模型、沙粒之间的碰撞模型以及两相之间的耦合机制,... 风沙流结构是研究风沙流运动的重要内容,沙粒的起跳速度的分布对其有重要影响。这里使用光滑粒子流体动力学方法(Smooth Particle Hydrodynamics,简称SPH方法),建立了气体和沙粒的受力模型、沙粒之间的碰撞模型以及两相之间的耦合机制,分别模拟了两种粒径的沙粒在单一粒径沙粒条件下,在分布均匀的沙床面上从起跳到风沙流稳定的过程。发现沙粒的起跳速度分布符合Gamma分布,输沙率在约3000步后达到稳定,稳定后输沙量沿高度的分布属于分层结构。模拟结果证明SPH方法能够进一步应用在风沙流结构的数值模拟研究中。 展开更多

关键词 光滑粒子流体动力学方法(sph) 数值模拟 风沙流结构 起跳速度分布

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