SPH粒子初始化均布方法及其均布质量评价

摘要

光滑粒子流体动力学(SPH)是一种拉格朗日型无网格粒子法,粒子均布程度是影响SPH分析精度和稳定性的重要因素.本文基于射线法提出了一种在异形多边形区域内均布SPH粒子的方法,先在多边形的最小外包矩形范围内均布粒子,再通过射线法和辅助筛选条件保留区域内的粒子;通过生成粒子的Voronoi多边形计算其变异系数值(Cv),作为SPH粒子均布质量的评价标准,其值越小,粒子均布质量越高.为验证该方法提高分析精度的有效性,基于爆轰侵彻的经典实验,建立由经典三角形和四边形均布粒子法构建的模型甲、模型乙和本文模型丙,用LS-DYNA中的SPH模块进行仿真分析.研究表明,模型丙的Cv分别比模型甲和模型乙低4.88%和5.22%;模型甲、乙和丙射流头部速度分别为5 960、5 900和6 060 m/s,较经典实验的6 100 m/s分别相差2.3%、3.3%和0.7%,相对于模型甲和模型乙,模型丙计算精度提高了1.6%和2.6%.因此,本文方法可快速有效地均匀布置SPH粒子,提高分析精度.