应力波数值计算中的SPH方法

孙晓旺 章杰 王肖钧 李永池 赵凯

孙晓旺, 章杰, 王肖钧, 李永池, 赵凯. 应力波数值计算中的SPH方法[J]. 爆炸与冲击, 2017, 37(1): 21-26. doi: 10.11883/1001-1455(2017)01-0010-05
引用本文: 孙晓旺, 章杰, 王肖钧, 李永池, 赵凯. 应力波数值计算中的SPH方法[J]. 爆炸与冲击, 2017, 37(1): 21-26. doi: 10.11883/1001-1455(2017)01-0010-05
Sun Xiaowang, Zhang Jie, Wang Xiaojun, Li Yongchi, Zhao Kai. Application of SPH in stress wave simulation[J]. Explosion And Shock Waves, 2017, 37(1): 21-26. doi: 10.11883/1001-1455(2017)01-0010-05
Citation: Sun Xiaowang, Zhang Jie, Wang Xiaojun, Li Yongchi, Zhao Kai. Application of SPH in stress wave simulation[J]. Explosion And Shock Waves, 2017, 37(1): 21-26. doi: 10.11883/1001-1455(2017)01-0010-05

应力波数值计算中的SPH方法

doi: 10.11883/1001-1455(2017)01-0010-05
基金项目: 

国家自然科学基金项目 11402266

国家自然科学基金项目 11202206

国家自然科学基金项目 11472008

爆炸科学与技术国家重点实验室开放基金项目 KFJJ13-9M

爆炸冲击防灾减灾国家重点实验室开放基金项目 DPMEIKF201401

详细信息
    作者简介:

    孙晓旺(1987—),男,博士研究生,xiaowang@mail.ustc.edu.cn

  • 中图分类号: O383

Application of SPH in stress wave simulation

  • 摘要: 对一维波动方程的SPH(smoothed particle hydrodynamics)格式和有限差分格式进行比较,并采用SPH法模拟了一维应力/应变波, 获得1个可衡量SPH法模拟应力波准确性的重要指标。结果表明,SPH法模拟应力波传播中采用的光滑长度必须不小于粒子间距;采用B-样条核函数和高斯型核函数能够获得良好的应力波图像,而二次型核函数不能,因此二次型核函数不适用于冲击动力学的数值计算。
  • 图  1  不同γ值下一维应力波在15 μs时的波形

    Figure  1.  Waveforms of one dimensional stress wave at 15 μs under different γ

    图  2  不同γ值下一维应变波在15 μs时的波形

    Figure  2.  Waveforms of one dimensional strain wave at 15 μs under different γ

    表  1  采用B-样条核函数在不同γ值下获得的一维应力波/应变波波速

    Table  1.   One dimensional stress/strain wave velocity obtained by B-spline kernel function using different γ

    γ α c/c0
    应力波 弹性应变波 塑性应变波
    0.6 0.309 0.332 0.324 0.367
    0.7 0.666 0.674 0.670 0.690
    0.8 0.879 0.881 0.878 0.888
    0.9 0.976 0.978 0.976 0.978
    1.0 1.000 1.000 1.000 1.000
    1.1 1.011 1.009 1.009 1.001
    1.2 1.022 1.015 1.020 1.002
    1.3 1.022 1.021 1.021 1.020
    1.4 1.010 1.008 1.007 1.005
    1.5 0.988 0.985 0.985 0.984
    下载: 导出CSV

    表  2  采用高斯型核函数在不同γ值下获得的一维应力波/应变波波速

    Table  2.   One dimensional stress/strain wave velocity obtained by Gaussian kernel function using different γ

    γ α c/c0
    应力波 弹性应变波 塑性应变波
    0.4 0.068 0.075 0.080 0.081
    0.5 0.330 0.339 0.337 0.341
    0.6 0.650 0.656 0.654 0.653
    0.7 0.862 0.867 0.866 0.870
    0.8 0.958 0.962 0.961 0.960
    0.9 0.990 1.000 1.000 1.000
    1.0 0.996 1.001 1.001 1.001
    1.1 1.000 1.001 1.001 1.001
    1.2 1.000 1.001 1.001 1.001
    下载: 导出CSV

    表  3  采用二次型核函数在不同γ值下获得的一维应力波/应变波波速

    Table  3.   One dimensional stress/strain wave velocity obtained by quadratic kernel function using different γ

    γ α c/c0
    应力波 弹性应变波 塑性应变波
    0.6 0.694 0.700 0.701 0.710
    0.7 0.875 0.878 0.878 0.880
    0.8 0.879 0.882 0.882 0.880
    0.9 0.823 0.825 0.826 0.823
    1.0 0.750 0.756 0.756 0.757
    1.1 0.902 0.903 0.904 0.902
    1.2 0.955 0.955 0.956 0.956
    1.3 0.956 0.956 0.956 0.956
    1.4 0.929 0.929 0.930 0.930
    1.5 0.889 0.891 0.891 0.890
    下载: 导出CSV
  • [1] Liu G R, Liu M B. Smoothed particle hydrodynamics: A meshfree particle method[M]. Singapore: World Scientific, 2003:309-341.
    [2] 王肖钧, 张刚明, 刘文韬, 等.弹塑性波计算中的光滑粒子法[J].爆炸与冲击, 2002, 22(2):97-103. doi: 10.3321/j.issn:1001-1455.2002.02.001

    Wang Xiaojun, Zhang Gangming, Liu Wentao, et al. Computations of elastic-plastic waves by smoothed particle hydrodynamics[J]. Explosion and Shock Waves, 2002, 22(2):97-103. doi: 10.3321/j.issn:1001-1455.2002.02.001
    [3] 卞梁, 王肖钧, 肖卫国, 等.应力波和层裂计算中的光滑粒子法[J].中国科学技术大学学报, 2007, 37(7):706-710, 723. doi: 10.3969/j.issn.0253-2778.2007.07.003

    Bian Liang, Wang Xiaojun, Xiao Weiguo, et al. Numerical simulation of stress waves and spallation by smoothed particle hydrodynamics[J]. Journal of University of Science and Technology of China, 2007, 37(7):706-710, 723. doi: 10.3969/j.issn.0253-2778.2007.07.003
    [4] 章杰, 苏少卿, 郑宇, 等.改进SPH方法在陶瓷材料层裂数值模拟中的应用[J].爆炸与冲击, 2013, 33(4):401-407. doi: 10.3969/j.issn.1001-1455.2013.04.011

    Zhang Jie, Su Shaoqing, Zheng Yu, et al. Application of modified SPH method to numerical simulation of ceramic spallation[J]. Explosion and Shock Waves, 2013, 33(4):401-407. doi: 10.3969/j.issn.1001-1455.2013.04.011
    [5] Monaghan J J. Particle methods for hydrodynamics[J]. Computer Physics Reports, 1985, 3(2):71-124. doi: 10.1016/0167-7977(85)90010-3
    [6] Gingold R A, Monaghan J J. Smoothed particle hydrodynamics: Theory and application to non-spherical stars[J]. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 1977, 181(2):375-389. http://mnras.oxfordjournals.org/content/181/3/375.short
    [7] Johnson G R, Stryk R A, Beissel S R. SPH for high velocity impact computations[J]. Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering, 1996, 139(1/2/3/4):347-373. doi: 10.1016-S0045-7825(96)01089-4/
  • 加载中
图(2) / 表(3)
计量
  • 文章访问数:  6075
  • HTML全文浏览量:  2204
  • PDF下载量:  690
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2015-06-16
  • 修回日期:  2015-08-24
  • 刊出日期:  2017-01-25

目录

    /

    返回文章
    返回