基于AMR背景网格的SPH应用研究

摘要

SPH方法属于粒子类拉氏方法,比较适合于计算具有运动界面的大变形问题.在使用SPH方法的数值模拟中相邻粒子搜索要耗费相当大的计算时间,使整体的计算效率较低,以往增加统一尺寸辅助背景网格的方法因为要保证与粒子相邻的粒子只存在于同一个背景网格和毗邻的背景网格内,比较适合于计算粒子光滑长度变化很小的情况.水下爆炸中药包爆炸形成气泡并膨胀和收缩的过程中炸药粒子的光滑长度会发生非常大的变化,要将基于辅助背景网格的SPH方法用于大规模三维水下爆炸计算必须要改进其网格系统,提高SPH方法中相邻粒子搜索方法的效率和健壮性.AMR形式的分级网格系统,以背景网格范围内最大的粒子光滑长度决定有效背景网格的级数,使网格大小与粒子光滑长度始终保持适当比例,能够在保证相邻粒子只存在于同一个和相邻背景网格的前提下较大地减小相邻粒子搜索范围,非常有助于搜索效率的提高.文中采用的AMR背景网格，保持细级网格的覆盖区域是粗级网格覆盖区域的子区域是为了保证计算中网格细分、合并的可逆性。粒子数据存储于覆盖粒子的最细一级网格上，网格数据以及网格下的点数据都以链表形式保存，有利于网格数目变化和粒子在网格间的迁移管理。