光滑粒子流体动力学方法代码开发及其在碰撞冲击模拟中的应用.pdf

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1、`光滑粒子流体动力学方法代码开发及其在碰撞冲击模拟中的应用舒素云2015年6月中图分类号：TQ028.1UDC分类号：540光滑粒子流体动力学方法代码开发及其在碰撞冲击模拟中的应用作者姓名舒素云学院名称宇航学院指导教师李德昌答辩委员会主席董春迎申请学位工程硕士学科专业航天工程学位授予单位北京理工大学论文答辩日期2015年6月ThecodedevelopmentofsmoothedparticlehydrodynamicsanditsapplicationincollisionandimpactCandidateName：SuyunS

2、huSchoolorDepartment:SchoolofAerospaceEngineeringFacultyMentor:DechangLiChair,ThesisCommittee：ChunyingDongDegreeApplied:MasterofEngineeringMajor：AerospaceEngineeringDegreeby:BeijingInstituteofTechnologyTheDateofDefence：Jun，2015研究成果声明本人郑重声明：所提交的学位论文是我本人在指导教师的指导下进行的研究工作获

3、得的研究成果。尽我所知，文中除特别标注和致谢的地方外，学位论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京理工大学或其它教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的合作者对此研究工作所做的任何贡献均已在学位论文中作了明确的说明并表示了谢意。特此申明。签名：日期：北京理工大学硕士学位论文摘要光滑粒子流体动力学（SmoothedParticleHydrodynamics，SPH）方法是一种无网格方法，采用带有物质信息的粒子来表示求解域，能够摆脱网格对计算的约束，相对于传统网格方法有独特优势，特别适合模拟碰撞冲击、穿

4、透侵蚀等问题。SPH方法的无网格性、自适应性以及拉格朗日性质使其成为冲击动力学理论和工程实践中研究的热点，有着广泛的前景。本文首先对SPH方法的基本理论进行了总结，介绍了SPH方法的基本思想，详细介绍了核函数近似和粒子近似这两个重要步骤，给出了任意函数及其导函数的SPH近似式。采用SPH方法对连续介质力学控制的方程组进行离散，推导出带有材料强度的SPH公式，考虑了固体材料本构、状态方程、人工粘性等。另外，还介绍了在模拟中拉伸不稳定性及固定边界问题的处理方法。其次，在基于带有材料强度的SPH方法理论基础上，结合Liggghts中的积分

5、求解方式编写了适用于固体材料的SPH程序。在自编程序中可以根据具体问题选择不同的状态方程、核函数等进行二维或者三维模拟。通过拉压、弯曲的模拟结果与理论结果相比较，验证了自编程序的可用性和正确性；通过Taylor碰撞模拟和双铝杆碰撞模拟，验证了自编程序模拟碰撞冲击问题的准确性。最后，对几个碰撞冲击问题进行了模拟计算，包括球头弹体冲击薄板、球形弹丸冲击单层靶板、钨弹丸冲击钢-铝合金复合靶板等问题。在上述模拟中，主要研究了不同情况下碰撞冲击过程中的变形情况、弹丸剩余速度、靶板上的破孔尺寸等，对于复合靶板冲击问题，比较了不同层的变形破坏情况

6、。由此可知，自编程序具备可拓展性和多选择性，可用其进行不同冲击问题的模拟分析。关键词：无网格法；光滑粒子流体动力学（SPH）；代码开发；碰撞冲击模拟I北京理工大学硕士学位论文AbstractThesmoothedparticlehydrodynamics(SPH)methodisameshfreemethod,inwhichparticleswithmaterialinformationareusedtorepresentthesolutiondomain.SPHcangetridoftheconstraintsofgrid.Com

7、paredwithtraditionalgridmethod,SPHhasuniqueadvantages,particularlysuitedtosimulatecollision,impact,erosionproblems.Themeshless,adaptiveandlagrangiannatureoftheSPHmethodmakeitahottopicsinthestudyofimpactdynamicsandengineeringapplication.Firstly,thebasictheoryofSPHissumm

8、arized:kernelfunctionapproximationandparticleapproximation,theSPHapproximateexpressionofthederivedfunctionofarbitrary