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.     

耗散粒子动力学模拟方法的发展和应用

耗散粒子动力学(dissipative particle dynamics,DPD)模拟方法是一门新兴的介观尺度数值模拟技术,是研究复杂物系介观结构的一种重要手段,也是联系宏观尺度和微观尺度的重要模拟方法之一.首先介绍DPD模拟方法的提出和它的发展过程;接着从DPD的理论模型、数值积分方法、参数的选择以及模拟系统与真实系统之间的映射关系4个方面介绍DPD的方法体系;然后介绍DPD模拟方法在复杂流体中的应用情况,具体包括多相流的聚集、微相分离和液滴的变形、破碎以及微通道内的流动等;最后, 对此领域的发展方向进行了预测分析.      

固体介质中SPH方法的拉伸不稳定性问题研究进展

光滑粒子流体动力学法(smoothed particle hydrodynamics, SPH)是一种基于核估计的无网格Lagrange数值方法.它用粒子方程离散流体动力学的连续方程, 既可以处理有限元难于处理的大变形和严重扭曲问题, 又可以处理有限差分法不易处理的自由边界和材料界面的问题, 在固体力学中的冲击、爆炸和裂纹模拟中具有广阔的发展前景.但是, 该算法的拉伸不稳定性(tensile instability)问题是它在固体力学领域中应用的最大障碍.对SPH稳定性分析表明, 算法不稳定性的条件仅与应力状态和核函数的2阶导数有关.目前, 应力点法(stress points)、Lagrange核函数法、人工应力法(artificialstress)、修正光滑粒子法(corrective smoothed particle method, CSPM)和守恒光滑法(conservativesmoothing)以及其他一些方法成功地改善了SPH的拉伸不稳定性, 但是每一种方法都不能彻底解决SPH的拉伸不稳定性问题.本文介绍了SPH法的方程和Von Neumann稳定性分析的思想, 以及国内外在这几个方面的研究成果及其最新进展, 同时指出目前研究中存在的问题和研究的方向.      

纪念Huber准则100周年国际会议在世界历史文化名城克拉科夫召开

2004年是著名的Huber-Mises准则(第四强度理论)提出100周年．为了纪念M．T．Huber的贡献,由波兰科学部部长Kleiber教授和波兰科学院院长Legocki教授主持,并由波兰国家科委、波兰科学院力学委员会、金属委员会和波兰理论和应用力学学会共同发起和资助,在世界历史文化名城、波兰古都克拉科夫召开了《纪念Huber准则国际塑性理论和断裂发展会议》．     

Godunov型CSPM方法

CSPM方法是传统SPH方法的改进,它有效地解决了传统SPH方法在求解含边界问题时的困难。然而最近研究表明,CSPM方法在求解含间断算例时却存在计算不稳定的问题。本文基于Godunov间断分解思想和CSPM方法提出了Godunov型CSPM方法。该方法成功地解决了CSPM在求解含间断流体学问题中遇到的困难,且不用引入人工粘性。为了验证算法的有效性,本文采用一维激波管算例对不同方法进行了对比计算。计算结果表明,本文提出的方法比以往SPH方法有更高的间断捕获精度。     

工程强度理论的发展和统一

简要总结了工程强度理论的发展和现况，指出存在的问题，然后提出了作者经３０年研究而创立并发展的双剪强度理论和统一强度理论．统一强度理论，一方面建立起现有各种强度理论之间的联系；同时也使以往各种只能适用于某一类材料的单一强度理论发展为可以适用于众多材料的统一强度理论；可以广泛适用于从金属到岩石、混凝土、土体等各类材料。最后通过二个实例，说明统一理论的应用。     

基于SPH的分层钢板抗半球头弹侵彻的数值模拟

随着高强度、高抗冲击特性钢结构在防护装甲、武器库防护门等军事领域得到广泛应用,钢结构的抗冲击性能成为研究的重点和热点。采用光滑粒子流体动力学方法(Smoothed Particle Hydrodynamics,SPH)对半球头弹撞击多层钢板的过程进行了数值模拟,并与实验对比,分析了半球头弹撞击后钢板的失效形式,得到了撞击点处钢板盘式隆起、蝶形破坏等过程,得到了钢板的von Mises应力分布以及半球头弹的剩余速度,验证了SPH方法在模拟钢板侵彻变形问题上的有效性。通过数值模拟,研究了钢体层数、钢体厚度对其抗侵彻特性的影响,研究表明:3mm时单层钢板比多层钢板的防护能力强,9mm时多层钢板比单层钢板的防护能力强,12mm时多层钢板和单层钢板的防护能力相当。     

端羟基聚丁二烯与2,6-甲苯二异氰酸酯固化网络 弹性力学性质的分子模拟

采用最大熵模型, 构建了HTPB预聚物的最可几结构. 考察了HTPB (nC＝9)与TDI全混合以及半混合的两种固化建模方式. 分子动力学模拟得到的HTPB (nC＝9)-TDI固化网络的N—N径向分布函数显示半混模式比全混模式的结构更均匀. 采用分子动力学动态模拟与静态拉伸方法对HTPB (nC＝9)-TDI固化网络进行弹性力学性质的模拟计算. 比较了半混和全混模式对拉伸模量计算的影响, 表明半混模式得到的固化网络能得到合理的模拟结果. 初步表明最大熵模型在研究HTPB固化问题上静态或动态模拟结果都具有唯象可行性.     

钢箱内部爆炸破坏的SPH数值模拟

随着恐怖袭击的不断演化，船舶、桥梁等以钢箱为主要支撑的战略性结构逐渐成为恐怖袭击和敌方军事打击的重要目标。本文中采用光滑粒子流体动力学(smoothed particle hydrodynamics, SPH)方法对钢箱内部爆炸过程进行了数值模拟，对比实验，分析了钢箱内部爆炸时钢箱表面的变形过程，得到了钢箱表面挠度值的变化趋势、不同时刻钢箱表面压强和von Mises应力的分布情况、钢箱表面中心点处速度和压强的变化趋势，验证了SPH方法在模拟钢箱内部爆炸问题上的有效性。通过进一步数值模拟，探讨了钢箱内部不同位置爆炸时钢箱的破坏形式和损伤程度，结果表明:炸药在钢箱内部角隅处爆炸时，钢箱的损伤程度最严重；炸药在钢箱内部正中心爆炸时，钢箱的损伤程度最轻。     

一种新型光滑粒子动力学固壁边界施加模型

由于Lagrange粒子法的本质, 固壁边界条件的施加一直是光滑粒子动力学方法的难点之一. 本文从固壁边界的物理原理出发, 应用多层虚粒子表征固壁边界, 提出了一种新型固壁边界施加模型. 将虚粒子看作流体的扩展, 计算中虚粒子密度保持不变, 压力、速度等参数通过对流体粒子的插值获得, 虚粒子有条件的参与控制方程的计算, 对流体的密度/压力产生影响, 通过压力梯度隐式地表征壁面与流体之间的作用强度并对流体粒子施加沿壁面法线方向的斥力作用, 防止流体粒子对壁面的穿透. 数值算例测试结果表明, 与现有固壁边界施加方法相比, 本文方法更加符合流体与固壁边界作用的物理原理, 可以简单、有效地施加固壁边界条件, 方便地应用于具有复杂几何边界的问题, 获得稳定的流场形态、规则的粒子秩序及良好的速度、压力等参量的分布.