光滑粒子流体动力学（SPH）中摩擦接触的模拟

摘要

光滑粒子流体动力学（SPH）无网格法是岩土体崩塌与流动大变形计算的有力工具，但是，如何在SPH框架内模拟摩擦接触现象尚无系统方法，迫切需要开展研究．提出一种在SPH框架内模拟土与刚性或柔性结构摩擦接触的算法，该算法根据所存在的接触边界，将计算域分解为若干个子域，以接触力为桥梁在各子域间建立联系，最终实现接触问题的整体求解．在各子域内对土体的运动控制方程进行SPH离散时，修正了SPH固有的边界缺陷，使得位于接触边界附近的SPH粒子具有准确的加速度，保证了接触探测的精度．然后，假设允许土体SPH粒子局部侵入结构体，根据允许的残余侵入量，运用动量原理，计算沿接触面法向和切向的接触力，并应用滑移条件对切向力进行修正使其不超过极限摩擦力．与现有的在SPH中处理接触通常采用“粒子．粒子”接触或忽略摩擦滑移的方法相比，方法具有更高的计算效率和精度，适用于岩土材料与刚性或可变形结构之间相互作用的模拟．通过多个算例对此方法的精度和稳定性进行了验证，计算表明，基于接触算法的SPH计算成果与理论解或有限元解吻合很好，算法是有效的，可用于拓展SPH的计算能力与应用范围．