[發(fā)明專利]一種加權(quán)雙向映射的精確捕捉激波間斷面方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110981198.6
• 申請(qǐng)日: 2021-08-25
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113673185A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-11-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 寧建國(guó);金子焱;許香照;任會(huì)蘭;馬天寶
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京理工大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F30/28
• 分類號(hào): G06F30/28;G06F111/02;G06F113/08;G06F119/14
• 代理公司: 北京正陽(yáng)理工知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11639
• 代理人: 鄔曉楠

本發(fā)明公開(kāi)的一種加權(quán)雙向映射的精確捕捉激波間斷面方法,屬于計(jì)算爆炸力學(xué)領(lǐng)域。該方法采用拉格朗日質(zhì)點(diǎn)來(lái)追蹤網(wǎng)格內(nèi)的介質(zhì)，使用三階形函數(shù)對(duì)質(zhì)點(diǎn)和網(wǎng)格物理量進(jìn)行加權(quán)雙向映射，克服質(zhì)點(diǎn)類方法由于有限質(zhì)點(diǎn)數(shù)量產(chǎn)生的數(shù)值波動(dòng)；使用帶限制器的光滑質(zhì)點(diǎn)法處理間斷面處存在的顯著數(shù)值振蕩問(wèn)題，使其具備更加優(yōu)越的計(jì)算性能；加入固定網(wǎng)格，由于歐拉網(wǎng)格和拉格朗日質(zhì)點(diǎn)之間的拓?fù)溆成潢P(guān)系，不同物質(zhì)之間不會(huì)發(fā)生嵌透；在邊界處添加虛擬拉格朗日質(zhì)點(diǎn)，模擬連續(xù)流體，并通過(guò)對(duì)整體質(zhì)點(diǎn)的增加與刪減，實(shí)現(xiàn)流入、流出和周期性邊界條件。該發(fā)明適用于爆炸與沖擊領(lǐng)域，對(duì)高強(qiáng)度沖擊波的傳播、不同強(qiáng)度沖擊波的相互作用等情況，進(jìn)行精確跟蹤的數(shù)值模擬，并能夠記錄任意時(shí)刻下的壓力為目標(biāo)毀傷評(píng)估提供毀傷判據(jù)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種加權(quán)雙向映射的精確捕捉激波間斷面方法,屬于計(jì)算爆炸力學(xué)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

爆炸與沖擊問(wèn)題一直是國(guó)防建設(shè)及民用安全領(lǐng)域重點(diǎn)關(guān)注的對(duì)象，在國(guó)防科技和國(guó)民經(jīng)濟(jì)中起著非常重要的作用，尤其是近年來(lái)國(guó)內(nèi)外爆炸事故的頻繁發(fā)生，包括煤礦瓦斯爆炸、再生能源池內(nèi)沼氣爆炸、各種粉塵爆炸事故等等，讓爆炸與沖擊問(wèn)題再次成為研究人員和公眾討論的熱點(diǎn)。從物理角度講，爆炸與沖擊現(xiàn)象是在高溫、高壓、高速等極端條件下發(fā)生的，涉及到氣體，液體和固體等多介質(zhì)間相互耦合及能量轉(zhuǎn)化的過(guò)程。爆炸發(fā)生過(guò)程包括前期誘導(dǎo)爆轟，爆轟波的形成，以及高強(qiáng)度沖擊波的傳播直至衰減。在這些極端條件下，對(duì)爆炸與沖擊問(wèn)題的數(shù)值模擬變得十分困難，需要對(duì)材料的大變形、多種物質(zhì)的界面以及各種強(qiáng)間斷進(jìn)行處理，比通常的流體力學(xué)問(wèn)題、空氣動(dòng)力學(xué)問(wèn)題及結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)問(wèn)題要復(fù)雜得多。

Euler方法是解決這類問(wèn)題的首選方法，具有代表性的高精度算法主要有TVD(Total Variation Dimini)、ENO(Essentially Non-Oscillatory)、WENO(Weighted ENO)等，它們可以較好地處理物質(zhì)界面問(wèn)題，有效地提高了物質(zhì)界面分辨率，但是捕捉間斷面的分辨率卻不高。接著出現(xiàn)了無(wú)網(wǎng)格法，主要有SPH光滑粒子流體動(dòng)力學(xué)方法、無(wú)單元Galerkin方法、物質(zhì)點(diǎn)法(MPM)等,在追蹤物質(zhì)流動(dòng)方面有著其優(yōu)勢(shì),但難以在邊界上施加本質(zhì)邊界條件，并在處理可壓縮流體時(shí)存在嚴(yán)重的壓力振蕩、質(zhì)點(diǎn)的拉伸不穩(wěn)定性以及流體體積不守恒等問(wèn)題。還有結(jié)合Euler方法和Lagrange方法優(yōu)勢(shì)的耦合算法，ALE(Arbitrary Lagrangian Eulerian)方法，其思想主要以Lagrange方法為主，在局部引入Euler網(wǎng)格處理網(wǎng)格大變形問(wèn)題，同樣存在著與無(wú)網(wǎng)格法相同的問(wèn)題。因此，本發(fā)明提出一種Lagrange質(zhì)點(diǎn)與Euler網(wǎng)格加權(quán)雙向映射的方法來(lái)解決以上問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種加權(quán)雙向映射的精確捕捉激波間斷面方法，解決Euler算法難以清晰地追蹤間斷面歷程的問(wèn)題，以及Lagrange大變形的畸變問(wèn)題。該發(fā)明適用于爆炸與沖擊領(lǐng)域，可以處理任意大變形的類流動(dòng)問(wèn)題，對(duì)包含強(qiáng)間斷的問(wèn)題，如高強(qiáng)度沖擊波的傳播、不同強(qiáng)度沖擊波的相互作用，能夠進(jìn)行精確跟蹤的數(shù)值模擬，并記錄任意時(shí)刻下的壓力為毀傷評(píng)估分析提供判據(jù)。

本發(fā)明的目的是通過(guò)下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。

本發(fā)明公開(kāi)的一種加權(quán)雙向映射的精確捕捉激波間斷面方法，采用拉格朗日質(zhì)點(diǎn)來(lái)追蹤網(wǎng)格內(nèi)的介質(zhì)，使用三階形函數(shù)對(duì)質(zhì)點(diǎn)和網(wǎng)格物理量進(jìn)行加權(quán)雙向映射，克服質(zhì)點(diǎn)類方法由于有限質(zhì)點(diǎn)數(shù)量產(chǎn)生的數(shù)值波動(dòng)；使用帶限制器的光滑質(zhì)點(diǎn)法處理間斷面處存在的顯著數(shù)值振蕩問(wèn)題，使其具備更加優(yōu)越的計(jì)算性能；并且加入固定網(wǎng)格，由于歐拉網(wǎng)格和拉格朗日質(zhì)點(diǎn)之間的拓?fù)溆成潢P(guān)系，不同物質(zhì)之間不會(huì)發(fā)生嵌透；為了模擬連續(xù)流體，在邊界處添加虛擬拉格朗日質(zhì)點(diǎn)，通過(guò)對(duì)整體質(zhì)點(diǎn)的增加與刪減，實(shí)現(xiàn)流入、流出和周期性邊界條件。

一種加權(quán)雙向映射的精確捕捉激波間斷面方法，包括如下步驟：

1、針對(duì)所需要分析的創(chuàng)建仿真模型，并對(duì)所創(chuàng)建的仿真模型進(jìn)行初始化設(shè)置，包括確定計(jì)算域的大小，各類材料在計(jì)算域中位置信息和幾何尺寸信息、網(wǎng)格步長(zhǎng)及坐標(biāo)、質(zhì)點(diǎn)的布置、材料屬性及參數(shù)、邊界條件及虛擬質(zhì)點(diǎn)的設(shè)定以及初始計(jì)算控制參數(shù)等；