[發明專利]一種基于二維SPH的潰壩洪水演進模擬方法

在審

• 申請號: 201510337225.0
• 申請日: 2015-06-17
• 公開（公告）號: CN104991999A
• 公開（公告）日: 2015-10-21
• 發明（設計）人: 韓敏;邊茂松
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 潘迅;梅洪玉

1.一種基于二維SPH的潰壩洪水演進模擬方法，其特征在于包括以下步驟：

(一)獲得水庫以及下游地理空間數據信息：首先確定待模擬的水庫，確定經緯度坐標范圍，之后根據此經緯度范圍在獲得的數字高程圖上截取待研究范圍的高程數據；

(二)建立基于淺水方程的洪水演進二維模型，并完成一系列初始化過程：

1)通過二維淺水方程建立潰壩洪水演進過程的物理模型，并添加邊界處理條件；

2)初始化SPH的相關參數以及粒子的屬性，包括位置、速度、水高、所在地形處的地形高、光滑核長度、所受合力、粒子索引值，根據水庫范圍設置水粒子的位置和數目，根據水位高度設置水高，并將粒子的速度、合力設為零值；

3)初始化粒子鄰近粒子列表，為每個粒子開辟一個鏈表空間，以存儲鄰近粒子索引；

(三)進入仿真循環步驟，根據粒子位置判斷是否設置邊界虛粒子，根據粒子距邊界的間距判斷是否設置其鏡像虛粒子，新設置的虛粒子存儲在實粒子空間之后；

(四)根據粒子的水深，計算修正粒子自身的光滑核長度，并進行鄰近粒子搜索算法更新每個水粒子的鄰近粒子列表；

(五)計算每個水粒子所受的力；

1)計算粒子所受的壓力fipress=-gΣjNVj▿W(ri-rj,l);]]>

2)計算粒子所受的地形梯度力

3)計算粒子所受的人工粘滯力

4)計算粒子所受的合力

(六)計算每個水粒子在下一個時間步的位置和速度；具體包括：

1)計算粒子在合力F_i下的加速度a_i；

2)計算粒子的速度增量Δv_i＝a_iΔt；

3)更新粒子的下一刻速度

4)更新粒子的下一刻位置

(七)進行碰撞檢測，如遇邊界，施加邊界懲罰力以改變粒子位置與速度；

(八)根據粒子分布提取流體表面；

(九)對提取的流體表面重構：采用OpenSceneGraph三維渲染引擎進行圖形渲染；

(十)判斷仿真是否結束。

2.根據權利要求1所述的潰壩洪水演進模擬方法，其特征在于，所述的鄰近粒子搜索方法完成粒子的搜索，具體步驟為：

1)根據粒子的坐標值，分別按坐標值x，y大小進行升序的計數排序；

2)針對每一個待查找鄰域的粒子P_i(x_i,y_i)，首先沿x坐標的正反兩個方向搜索區間[x_i-l,x_i+l]的粒子，并進行標記；

3)然后沿y坐標的正反兩個方向，搜索區間[y_i-l,y_i+l]內的粒子，如果粒子已被標記，則將粒子索引存入鄰近粒子備選集合；

4)在鄰近粒子備選集合內計算每個粒子與粒子P_i(x_i,y_i)的距離，如小于l，則將該粒子索引與距離值存入粒子的鄰近粒子索引鏈表和鄰近粒子距離鏈表中。

3.如權利要求1或2所述的潰壩洪水演進模擬方法，其特征在于，所述的流體表面重構過程步驟為：

1)根據粒子坐標范圍，建立一個規則網格高程模型；

2)將每個粒子按照坐標映射到該網格中，并存儲粒子高程值；

3)對于沒有被映射的網格，進行雙線性插值補全數據，從而得到表示流體表面的網格數據。