[發(fā)明專利]一種加快爆炸問題研究中數(shù)值模擬計算進度的耦合方法

在審

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• 申請日: 2018-10-23
• 公開（公告）號: CN109446636A
• 公開（公告）日: 2019-03-08
• 發(fā)明（設計）人: 王超;曹克磊;張社榮;李宏璧;王梟華;魏培勇
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 北京慕達星云知識產(chǎn)權代理事務所(特殊普通合伙) 11465
• 代理人: 崔自京

1.一種加快爆炸問題研究中數(shù)值模擬計算進度的耦合方法，其特征在于，包括以下步驟：

1)確定爆炸作業(yè)發(fā)生環(huán)境中涉及的介質類型；

2)根據(jù)爆炸作業(yè)發(fā)生環(huán)境中介質的變形程度及爆破能量的影響區(qū)域確定數(shù)值模擬中SPH算法和FEM算法的模擬區(qū)域范圍；

3)確定FEM算法中網(wǎng)格尺寸以及FEM算法中不同介質的SPH粒子尺寸；

4)根據(jù)SPH粒子和FEM網(wǎng)格在交界面處的接觸方式確定SPH粒子和FEM網(wǎng)格的耦合方式，得到SPH-FEM耦合算法；

5)根據(jù)實際爆炸作業(yè)發(fā)生環(huán)境中模擬需要，設定數(shù)值仿真計算模型的邊界條件；

6)利用SPH-FEM耦合算法并根據(jù)設定的邊界條件建立爆炸作業(yè)發(fā)生環(huán)境的爆炸計算模型，模擬爆炸的動態(tài)演變過程，獲取相關的計算結果，并將模擬結果與經(jīng)驗公式計算得到的經(jīng)驗值進行對比驗證。

2.根據(jù)權利要求1所述一種加快爆炸問題研究中數(shù)值模擬計算進度的耦合方法，其特征在于，F(xiàn)EM算法中網(wǎng)格的邊長范圍為0.3-1m。

3.根據(jù)權利要求1所述一種加快爆炸問題研究中數(shù)值模擬計算進度的耦合方法，其特征在于，F(xiàn)EM算法中不同介質的SPH粒子尺寸取值依據(jù)為固體SPH粒子的直徑為0.3m，炸藥SPH粒子的直徑為0.1m，液體SPH粒子的直徑為0.3m。

4.根據(jù)權利要求1所述一種加快爆炸問題研究中數(shù)值模擬計算進度的耦合方法，其特征在于，SPH粒子和FEM網(wǎng)格的耦合方式為固結耦合方式。

5.根據(jù)權利要求4所述一種加快爆炸問題研究中數(shù)值模擬計算進度的耦合方法，其特征在于，SPH-FEM耦合算法的求解過程包括以下步驟：

計算時間步長；

在每個時間步開始前將有限元節(jié)點的質量、位置、速度和應力傳遞給相應的背景粒子；

在每個時間步結束后，將界面處SPH實粒子的位置和速度傳遞給相應的有限元節(jié)點；

SPH粒子采用蛙跳格式求解Navier-Stokes方程；

更新SPH粒子質量、速度、能量和位移；

有限單元采用中心差分格式求解顯示動力學方程；

更新有限單元位置、速度、應力和應變。

6.根據(jù)權利要求1所述一種加快爆炸問題研究中數(shù)值模擬計算進度的耦合方法，其特征在于，爆炸作業(yè)發(fā)生環(huán)境的爆炸計算模型的近似公式為：

式中，N、N_b分別為粒子i支持域內SPH粒子總數(shù)和有限元節(jié)點總數(shù)；m_j、ρ_j分別為SPH粒子j的質量和密度；m_bj、ρ_bj分別為有限元節(jié)點j的質量和密度；W_ij為粒子i支持域內SPH粒子j或者有限元節(jié)點j對其產(chǎn)生影響的光滑函數(shù)；N_i(x)為有限元網(wǎng)格的形函數(shù)；(A)表示純SPH公式；(B)表示SPH-FEM耦合公式；(C)表示純FEM公式。