欧拉计算程序实现非均质炸药冲击起爆的数值模拟

爆轰的数值模拟研究多采用Lagrangian方法，这是因为Lagrangian网格随质点运动，介质之间的界面用滑移面来描述，故能精确地计算介质的界面。但在遇到网格扭曲和网格变形时，计算往往无法继续进行，这时就要用到网格重分等技术，这无疑增加了人为干预和计算误差。Eulerian方法能计算大变形问题，但不能精确地描述物质的界面，对于模拟平面撞击实验，爆轰波在单种介质中传播，对物质界面几乎没有要求。所以，Eulerian方法在模拟此类问题较Lagrangian方法具有明显的优势。     

非结构多边形网格解扭和重分方法

在多维流体动力学计算中，流体运动和计算网格的关系可以分为两种情况。一是Lagrangian方法，即网格跟随流体运动；二是Eulerian方法，即流体流过固定；下动的网格。一般计算网格的运动是任意的。这就对应于任意Lagrangian—Eulerian（ALE）方法。ALE方法的核心是通过调整网格运动，使得数值模拟的精度、效率有所提高。它的主要步骤是：显式Lagrangian步；网格重分，即得到新的计算网格；物理量重映，即将Lagrangian步的计算结果变换到新网格上。在这3步中，较少研究网格重分。数值模拟和网格重分的一个基本前提是网格是合理的，或者说网格不能发生翻转，网格应当是凸的。而Lagrangian步数值模拟会造成网格扭曲，因此在网格重分前进行网格解扭是十分必要的。文中描述了通用的网格解扭、重分算法，使得解扭、重分后的网格有较好的几何品质，同时尽可能接近Lagrangian网格。     

结构与非结构网格局部优化方法

在流体力学数值模拟中，最基本的有Lagrange方法和Euler方法。Lagrange方法可用来计算多介质系统，能够刻划多介质界面，但网格的扭曲，翻转，长宽比失调等网格大变形是一个突出问题。在Euler方法中，计算网格是固定的，但是，当系统中包含多种介质时，一定会出现在一个Euler网格中包含多种介质的情形，网格中的物理量的处理比较困难。为提高精度．一般将Lagrange方法和Euler方法结合。这时网格最优问题是一个重要的内容。     

基于MOF的欧拉方法界面重构技术

欧拉方法和拉格朗日方法是多流体数值模拟中最主要的两种方法。对拉格朗日方法而言,如果存在大变形,就会产生网格扭曲,导致计算无法进行下去;而用欧拉方法进行数值模拟的难点在于混合网格中界面的确定及物理量的处理。因此,界面处理技术是欧拉数值方法的主要研究内容之一。     

多介质流体模拟与实验研究进展

1．可压缩多介质流动在惯性约束聚变等领域有着广泛的应用背景,其模拟一直是流体计算领域的难点和前沿问题之一。为了清晰描述自由面和各种物质界面,拉氏方法和ALE方法仍是目前实际计算中的主要计算方法,然而物质界面的大变形一直是难以克服的瓶颈问题。为此我们提出了一种整体ALE计算（GALE）的设想,通过引入混合网格,发展ALE模式下的混合网格模型和界面处理方法,在多个物质区上进行整体的网格重分,有效克服了多介质大变形这一瓶颈困难。     

耦合AMR的GEL算法

数值模拟中，欧拉方法能计算大变形流场，但不能精确地区分物质界面，拉氏方法的单元边界即为物质边界，因此可以精确区分不同的物质，但当计算单元变形较大时计算精度变差甚至无法进行。如果在流场内不同区域采用不同的计算方法，在计算区域交界处进行合理的数据交换，则既能计算大变形流场又能在流场内保持清晰的物质界面。     

非结构多边形网格滑移线开穴算法

基于非结构任意多边形网格管理体系及束缚滑移技术,针对多介质多次加卸载大变形问题的模拟,发展滑移线开穴算法,并利用金属碰撞分离模型进行验证.给出滑移线上的点和网格的开闭穴状态判别方法及网格开闭情况下滑移线上点的速度计算方法.该滑移计算技术将传统结构网格的开穴算法推广到拉氏非结构多边形网格中,保留拉氏滑移算法无缝连接和较好模拟物质界面的优点,实现了模拟实际问题中物质界面开闭功能.在金属碰撞分离模型中采用多种网格、不同界面形状和多介质等条件进行测试,证明了算法的正确性.     

Euler多物质流体动力学数值方法中的界面处理算法

结合Euler型多物质流体动力学数值方法,将Youngs界面重构技术进行改进,改进后的算法中,混合网格周围网格物质的体积份额不但被用来计算物质界面的位置,还被用来确定混合网格中各物质的输运次序.将改进后的算法加入到自行开发的MMIC-2D通用多物质二维爆炸与冲击问题数值仿真程序中,对二维直角坐标系下圆环在平移流场中的运动过程进行模拟,以此对提出的改进界面处理算法进行数值考核.在此基础上,对聚能装药射流的形成过程进行数值模拟,模拟结果图像显示,其物质分界面清晰,并与实验结果吻合较好,从而验证了该方法的精度及有效性.     

自适应于流场变化的网格重构方法

提出九点网格重构方法,不仅生成的网格正交性和光滑性好,而且重构后的网格与物理问题解的空间分布相适应,实现了重构后的网格品质好.理论上证明了九点网格重构方法逼近椭圆型方程,并具有球对称性,数值试验表明,该方法具有很好的适应复杂区域的稳健性,在爆轰驱动或高速冲击ALE(Arbitrary Lagrangian Eulerian)数值模拟中具有较高的应用价值.     

流体力学拉氏程序收敛性及数值计算不确定度初探

将欧氏(Eulerian)数值模拟不确定度分析的基本概念和方法引进拉氏(Lagrangian)计算中,包括渐近收敛阶、渐近收敛域、网格收敛指标(Grid convergence index,GCI)等.给出GCI方法刻画数值计算不确定度的具体步骤.并应用于N-R格式,验证了方法的有效性.     

保质量的自适应坐标变换方法

使用Lagrange方法求解流体力学问题时，常常会遇到网格扭曲变形的现象。这种扭曲常由流场（也是网格运动场）的旋度而引起。当旋度的计算不能保持精确时，就会引起非物理的网格扭曲，并导致计算失准甚至中止。     

三维多介质欧拉有限体积格式的混合算法

对于多介质欧拉方法，混合网格物理量的计算是其难点和关键点之一。这里提出的方法是运用Yonugs界面重构技术确定出混合网格内物质的界面，界面确定后，混合网格内每一部分可能是非规则的四面体、五面体、六面体或七面体，采用对非规则区域适应性很强的有限体积法对每一部分分别进行计算。这种方法虽然比较复杂，但是它兼有拉氏方法的优点，因此计算出的混合网格内每一部分物质的物理量比较精确。     

非结构网格RKDG有限元方法求解多介质界面问题

在流体力学方程数值模拟中，多介质界面的计算是一个非常重要的问题。已有的数值模拟多采用Lagrange方法。但是，当计算长时间问题时，Lagrange方法会产生网格扭曲，进而使计算无法进行下去。另外一种是采用Euler方法，Euler方法应用于多介质流体力学，首要问题是界面捕捉，即将不同区域介质界面描述清楚，这样才能使得多介质流体计算时，不会发生流体的非物理振荡。     

自由拉氏方法进展

自由拉氏方法是模拟计算二维大变形可压缩流的一种新的尝试。它放弃了传统拉氏方法中网格间固定连接的约束,在计算中每个循环都要检验并且修改节点间的相邻关系,从而能够自动适应变形流动对网格的扭曲。此外我们对自由面和内界面也作了相应的处理。自由拉氏方法被用于流体或流体弹塑性流的计算并且给出了较为满意的结果。     

含有大位移动边界的复杂流场的数值模拟

含有运动弹丸的膛口流场是典型的大位移动边界问题,同时弹丸在出膛过程中,流场的结构也会发生变化,增加了流场的复杂程度.在对该流场的数值模拟中,将它分为两个区:弹丸运动区和普通流场区,它们之间用一个特殊的分区边界联系,同时运用网格局部重构技术处理弹丸运动造成的网格变形问题,并将对称轴定义为网格变形边界,使得弹丸在对称轴上运动过程中不会导致对称轴上的网格体积为负.从计算结果可以看出整个膛口波系结构变化过程和弹丸先加速后减速的过程,从而表明该动网格处理方法是成功的.     

基于激光靶耦合问题的二阶精度重映算法

在现有二维激光靶耦合程序LARED-H中，用流体力学方程组描述等离子体的运动，流体计算以拉氏计算为主，经常由于网格的大变形导致数值计算提前终止。ALE方法是目前解决大变形问题中比较流行的方法，在二维空腔计算中，希望能在变形较大的地方采用欧拉区来解决大变形问题。高精度的重映算法是ALE算法中最重要的部分之一，本工作的目的就是研究适用于激光靶耦合问题的高精度重映算法。     

大长宽比扭曲网格上辅助网格差分方法

讨论抛物型方程的离散差分格式的构造,对九点差分格式进行了适用范围的讨论,并在此基础上提出辅助网格差分方法,用于处理因网格长宽比大且扭曲较大的网格引起的计算精度与计算效率降低的问题,该方法从守恒方程出发,将九点差分格式应用于按某种合适的方式进行重分之后的网格上,减少由于网格正则性差以及网格节点上的物理量采用周围网格量的加权平均等原因所引起的计算误差,得到一个新的但其解仍然逼近原来网格上的物理量的方程组.所构造的方法便于实施,且更适合于对实际物理模型的模拟,能比较好地适应流体大变形导致的网格扭曲,数值试验表明它有较好的数值精度和稳定性.     

金属圆管内爆轰波相互作用效应的数值模拟

炸药两端同时起爆时金属圆管运动规律的研究，粗略的实验不少，但在数值模拟方面，特别是在对碰部位，或是不能计算出鼓包现象，或是鼓包的计算结果与实验差别较大。文中采用动力学有限元程序，针对大变形带来的网格扭曲造成计算的锁死现象进行了ALE技术处理，对金属圆管内爆轰波的相互作用效应进行数值模拟，给出了爆轰波对碰作用下金属圆管运动规律的计算结果。     

拉氏方法模拟二维多介质可压缩流体的运动

在用拉格朗日方法模拟二维多介质可压缩流体的运动时,网格发生大变形往往是模拟不能正常进行下去的重要原因。网格动态局域重分可以有效改善网格的畸变程度,使计算得以持续。针对三角形计算网格提出了一种新的动态局域重分方法,包含"对角线交换""长边劈裂""短边融合"和"帽子戏法"4种基本操作,其中前3种操作不仅作用于同种介质内部,还可将其拓展到多介质界面处,与"帽子戏法"一起处理界面附近的大变形网格。在网格动态局域重分后,将旧网格上的物理量映射到新网格上,先计算出新三角形的质量和内能,再根据动量守恒和能量守恒对新三角形的格点速度及内能进行修正。利用该方法对冲击波与气泡相互作用和R-T不稳定性问题进行了数值模拟,取得了良好的效果。在R-T不稳定性算例中,采用同种介质和不同介质两种模型进行对比,模拟结果验证了该方法的有效性。     

三维光滑粒子流体动力学程序的并行计算

光滑粒子流体动力学方法，是近20多年来发展起来的一种无网格Lagrange流体动力学算法，它既保留了拉氏计算的描述物质界面准确的优势，又具备欧拉方法的长处，因此适宜计算大变形问题。SPH的基本思想是插值。在SPH方法中，物质被离散为一系列“粒子”，各种宏观物理量（密度、压力速度、内能等）被定义在粒子中心，粒子的物理量及其空间导数可以通过邻近的相互作用粒子的物理量插值得到，这样拉氏流体力学偏微分方程组就变得容易求解，这也是SPH方法实质性优点所在。