發(fā)布時(shí)間：2021-03-01 01:35

　　流固耦合現(xiàn)象在現(xiàn)實(shí)生活中隨處可見,如何對其真實(shí)地模擬,一直是計(jì)算機(jī)圖形工作者研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)之一。流固耦合模擬的研究成果在自然災(zāi)害仿真、影視動(dòng)畫的特效制作和虛擬現(xiàn)實(shí)游戲的開發(fā)中有著重要的應(yīng)用。目前,對流固耦合的模擬都是采用基于粒子的方法,尤屬光滑粒子動(dòng)力學(xué)（Smoothed Particle Hydrodynamics,SPH）方法應(yīng)用最為廣泛。雖然SPH方法在模擬大變形和自由表面流動(dòng)等問題上有顯著的優(yōu)勢,但是在模擬固體時(shí)存在著邊界拉伸現(xiàn)象。另外,當(dāng)前對流固耦合的模擬,大多都是將固體看作剛體進(jìn)行研究,沒有考慮流體與可變形固體的交互。針對這兩個(gè)方面,本文利用SPH方法模擬流體域,對可變形固體域則采用有限元（Finite Element Method,FEM）方法模擬,通過耦合兩種算法,從而完成流體與可變形固體的交互。FEM方法模擬固體時(shí)精度高且容易處理復(fù)雜的邊界,而且FEM方法與SPH方法一樣,都是基于拉格朗日格式的,便于在同一時(shí)間步長內(nèi)進(jìn)行求解。本文利用SPH-FEM耦合算法進(jìn)行流固耦合的模擬,主要工作如下:（1）利用SPH方法對流體域進(jìn)行求解和模擬。對影響算法精度和計(jì)算效率的鄰域粒子... 

【文章來源】：華北水利水電大學(xué)河南省

【文章頁數(shù)】：60 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

(a)為核函數(shù)與(b)為核函數(shù)Fig.2-1(a)kernelfunctionand(b)kernelfunction

（為流體粒子與單元面的接觸點(diǎn)相對于三角形單元面的重心坐標(biāo)。受力之后，就可以對其求和，從而得到整個(gè)固體節(jié)點(diǎn)所受到的接外力施加給固體。界粒子篩選方法的改進(jìn)解流體和固體的交互過程，須在每個(gè)時(shí)間步內(nèi)對固體單元表面的行檢測。當(dāng)粒子或三角形的數(shù)量增加時(shí)，如何提高碰撞檢測的效點(diǎn)。如果能夠事先篩選出邊界粒子，那么將會(huì)大大的節(jié)省檢測的。對于這個(gè)問題，文獻(xiàn)[57]對交互時(shí)的粒子分兩個(gè)階段進(jìn)行篩選 4-2 所示。具體的過程為：首先，將問題域進(jìn)行網(wǎng)格劃分，查找 SPH 流體粒子哈希查詢周圍網(wǎng)格內(nèi)的粒子，若其周圍的某一網(wǎng)成邊界粒子，否則標(biāo)記成流體內(nèi)部粒子；然后，篩選出邊界粒子，處理邊界粒子與三角面片的交互。

5 基于各向異性核的流體表面重建同的 SPH 方案可以使用不同的核函數(shù) 進(jìn)行密度計(jì)算，因此 SPH 算法。定各向異性節(jié)中確定了每個(gè)粒子的各向異性矩陣 用來更準(zhǔn)確地描述粒子周位于流體體積內(nèi)的粒子，密度所有方向上可能都是恒定的，可以數(shù)的單位矩陣來保持光滑核的各向同性。另一方面，靠近表面的粒的衰減要比沿切線的衰減快。這時(shí) 應(yīng)沿切線方向拉伸 ，沿法線尖銳特征時(shí)，密度將在幾個(gè)方向急劇衰減，同時(shí) 應(yīng)該收縮 ，。圖 5-1 比較了各向同性核和各向異性核重建流體表面時(shí)的區(qū)別表面，下方分別為對應(yīng)的粒子狀態(tài)。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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[2]基于動(dòng)力特性的螺栓連接鋼框架結(jié)構(gòu)有限元建模[J]. 汪志昊,陳銀,郜輝,李國豪,郜家奇.  華北水利水電大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2016(06)
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[7]GPU通用計(jì)算平臺上的SPH流體模擬[J]. 溫嬋娟,歐嘉蔚,賈金原.  計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與圖形學(xué)學(xué)報(bào). 2010(03)
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博士論文
[1]模擬流固耦合問題的FEM-SPH耦合算法研究[D]. 龍廳.湖南大學(xué) 2017

碩士論文
[1]基于SPH方法的泥石流運(yùn)動(dòng)仿真[D]. 王亞茹.華北水利水電大學(xué) 2018
[2]復(fù)雜場景的流固耦合高效模擬研究[D]. 陳晨陽.浙江大學(xué) 2018
[3]基于物理的大規(guī)模流固耦合模擬[D]. 張少雄.浙江大學(xué) 2017
[4]基于物理的流固耦合模擬研究[D]. 胡朦朦.北京理工大學(xué) 2016
[5]液固交互過程中固體破碎現(xiàn)象的實(shí)時(shí)模擬研究[D]. 吳凌霞.燕山大學(xué) 2012
[6]擴(kuò)展SPH方法實(shí)時(shí)模擬液固交互及數(shù)值優(yōu)化[D]. 趙文晶.燕山大學(xué) 2011
[7]中尺度流體與固體耦合動(dòng)畫模擬研究[D]. 張漫遙.電子科技大學(xué) 2011
[8]基于物理的流體仿真算法研究[D]. 高志國.鄭州大學(xué) 2010
[9]實(shí)時(shí)流體交互性模擬算法的研究與實(shí)現(xiàn)[D]. 鐘子春.電子科技大學(xué) 2009



本文編號：3056759