基于SPH方法的瞬态粘弹性流体的数值模拟

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粘弹性流体的数值模拟与应用研究

粘弹性流体的数值模拟与应用研究一、前言粘弹性流体作为重要的物质研究对象，具有许多独特的力学特性和广泛的应用领域。

其特性呈现出多尺度和多物理场耦合的特质，给其数值模拟带来了很大的挑战。

本文将介绍近年来该领域的研究进展和一些关键技术应用。

二、基本理论与模型粘弹性流体最早被描述为Maxwell模型，在该模型中，流体被认为是由独立的弹性元件和粘性元素组成的。

由于其在实际应用场景中的复杂性，研究者们又提出了一些更为精细的模型。

（1）Oldroyd模型Oldroyd模型是一种经典的粘弹性流体模型，它引入了两个矢量场来描述流体的运动。

这两个场分别表示流体的应力和滑移。

然而，由于其假设的流体结构存在缺陷，无法很好地描述部分实际应用场景。

（2）FENE-CR模型FENE-CR模型是另一种常用的模型，它能够更好地反映流体的拉伸力和回弹力。

该模型在很多领域有广泛的应用，但是它依然存在参数调节等问题。

三、数值模拟方法为了更好地研究粘弹性流体在不同环境下的行为，研究者们普遍采用数值模拟方法。

数值模拟方法包含了有限元方法、有限差分方法和有限体积方法等。

（1）有限元方法有限元方法是一种在物理意义上更加明确的方法，它通过把大网格分为多个子网格，并在每个网格中建立解析式的方法来模拟流体的行为。

该方法既可以高效地模拟复杂的流体行为，又可以考虑不同尺度上的效应，具有广泛的应用。

（2）有限体积方法有限体积方法是一种基于离散数学理论的方法，它可以在有限的时间和空间内对流体场进行数值求解。

该方法优化了数值计算和分数步算法，同时考虑了边界条件和粘性耗散等关键问题。

四、应用研究粘弹性流体作为重要的物质研究对象，在许多领域都得到了广泛的应用。

（1）化妆品工业化妆品工业是粘弹性流体的重要应用领域之一。

在化妆品的乳化、稳定及流动性等问题中，粘弹性流体起着重要的作用。

比如，在牙膏生产中，压缩机的设计和优化需要对粘弹性流体作出很多的理论分析和实验研究。

基于SPH方法的自由面流体数值模拟研究

基于SPH方法的自由面流体数值模拟研究随着科技的发展，数值模拟成为科学研究的重要手段之一。

在液体力学领域，自由面流体数值模拟是一项重要的研究方向，其应用范围涉及海洋、湍流、洪涝等众多领域。

本文将介绍基于SPH（Smoothed Particle Hydrodynamics）方法的自由面流体数值模拟研究。

一、SPH方法简介SPH是一种基于粒子的方法，其将流体作为一组离散的粒子进行描述，通过计算这些粒子的相互作用力，来模拟流体的物理场景。

相对于传统的有限差分和有限元方法，SPH方法具有粒子间距离不固定、适应于复杂几何形状等优点，特别适用于自由面流体数值模拟。

SPH方法的主要思想是将流体分为若干个离散的质点，每个质点代表一部分的流体。

它的核心是通过内插方法将任意一点的物理量估算为邻域质点的加权和，然后对这些质点的加权和进行求解，得出任意一点的物理量。

SPH方法的离散过程涉及到从连续场到离散场的转化，这包括从满足偏微分方程的连续理论到需要迭代求解的离散模拟模型的转化。

二、自由面流体自由面流体，指的是在不同密度、不同组成物质间，形成的较为复杂的流体表面。

自由面流体的特点是流体表面不规则、运动非常复杂。

自由面流体的研究是液体力学领域的一项重要课题，它在海洋、湍流、洪涝等许多方面均具有重要应用。

三、基于SPH方法的自由面流体数值模拟自由面流体的数值模拟极具挑战性，它涉及到流体表面的效应、表面张力的处理以及自由面的破碎、修复。

而SPH方法正是为此设计的一种数值模拟方法。

1. SPH方法的自由面模拟SPH方法的自由面模拟首先涉及到流体表面的处理。

在SPH方法中，假定每个质点都有一个密度，质点间的相互作用力是根据密度估计的。

而流体表面附近质点的密度变化非常大，这就需要采取一些特殊的处理方法。

为了处理流体表面，在SPH方法中引入了插值函数辅助粒子的模拟。

该插值函数将流体表面中的领域粒子表示为距离这个表面一定距离的部分。

一种基于SPH算法的流体模拟方法及装置[发明专利]

专利名称：一种基于SPH算法的流体模拟方法及装置专利类型：发明专利
发明人：陈珠超,司伟鑫,秦璟,王琼,王平安
申请号：CN201410841396.2
申请日：20141230
公开号：CN104537175A
公开日：
20150422
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明适用于计算机仿真技术领域，提供了一种基于SPH算法的流体模拟方法及装置，包括：初始化流场，生成离散的粒子；计算当前流场中每个所述粒子的密度；根据所述粒子的密度计算每个所述粒子的物理属性，所述物理属性包括所述粒子的涡流约束；根据每个所述粒子的物理属性计算每个所述粒子的速度变化率；根据每个所述粒子的速度变化率更新每个所述粒子的速度和位置。

本发明通过将涡流约束无缝结合到SPH算法中，增强了基于SPH算法模拟出的流体的细节表现，提高了流体模拟的保真度。

申请人：中国科学院深圳先进技术研究院
地址：518000 广东省深圳市南山区西丽大学城学苑大道1068号
国籍：CN
代理机构：深圳中一专利商标事务所
代理人：张全文
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基于SPH方法的流固耦合模型研究

基于SPH方法的流固耦合模型研究随着计算机技术的不断发展，流固耦合模拟已经成为了现代工程学科领域中非常重要的研究方向。

目前，流固耦合模拟已经广泛应用于各个领域，如船舶航行、风力发电、地震灾害、工艺加工等。

流固耦合模拟主要基于连续介质力学和流体力学的相关理论，采用数值计算方法进行模拟。

其中，SPH方法是一种流体模拟方法，近年来得到了越来越广泛的应用。

SPH方法(Smoothed Particle Hydrodynamics)最早由Gingold和Monaghan于1977年提出，在计算大规模非致密流动、波浪、水下爆炸等问题方面具有较大优势，因此逐渐被应用于流固耦合模拟的计算中。

在流固耦合问题中，SPH方法可以用于模拟液体和气体物质的流动，并且能够通过与固体模拟方法相结合，实现流固耦合问题的有效求解。

其中，液体和气体物质通常使用SPH方法进行模拟，而固体则可以使用有限元法等方法进行模拟。

在SPH方法的流体部分中，粒子固定在特定的位置上，通过计算每个粒子周围的差分算法，求解该位置上的流体参数，如密度、速度等。

例如，在计算流体的压力时，可以利用碰撞模型和黏性模型来估计流体压力，并将结果进行平滑处理。

而在SPH方法的固体部分中，通常采用有限元法等方法对固体运动进行建模。

流固耦合模拟将流体和固体模型相结合，通过流体和固体之间的相互作用，实现物理模型的概括。

在流体模型中，流体粒子周围的固体粒子会对流体粒子施加力，并影响流体的变形。

而在固体模型中，固体粒子周围的流体粒子则同样会产生作用力，对固体的运动和变形产生影响。

目前，流固耦合模拟已经得到广泛应用，尤其是在工业生产中的应用更加广泛。

例如，在模拟水下爆炸问题时，通过SPH方法可以精确地计算爆炸能量对水的影响，从而进行水流压力传导和渣堆析出等一系列物理过程的模拟。

又例如，在海洋工程中，通过SPH方法可以模拟海洋中的波浪、涌浪、海浪等情况，可以帮助研究人员更好地研究和预测海洋中的各种现象。

基于SPH法的舱内液体晃荡的数值模拟的开题报告

基于SPH法的舱内液体晃荡的数值模拟的开题报告
1.选题背景
在船舶运输和海洋工程领域，船体内部的液体晃荡问题一直是一个
重要的问题。

晃荡会导致液体波动，进而影响船的稳定性和安全性。

因此，对于液体晃荡现象的研究具有重要意义。

SPH法（Smoothed Particle Hydrodynamics）是一种流体模拟方法，它解决了传统有限元和有限体积法模拟复杂液体流动时存在的网格依赖
性和数值耗散问题，已被广泛应用于海洋工程领域。

2.研究内容
本文将以SPH法为基础，对船舶内部液体的晃荡进行数值模拟。

具
体研究内容如下：
（1）建立SPH法的数学模型，并编写相应的程序实现。

（2）利用所编写的程序，对不同条件下的船舱内液体的晃荡过程进行数值模拟。

（3）对模拟结果进行分析和比较，探讨船舶内部液体晃荡的影响因素和规律。

3.研究意义
本文研究将有助于深入了解船舶内部液体晃荡现象，为提高船舶运
输的安全性和效率提供理论支持。

同时，本文也可为液体晃荡数值模拟
方法的研究提供实例，并为今后类似问题的研究提供借鉴。

基于sph方法的流体模拟的研究

Surface reconstructing is another time-consuming operation. The traditional method of surface reconstructing is marching cubes, which wastes a lot of time in traversing the area without particles. This thesis proposes a new method of surface reconstruction based on the SPH method. The surface reconstruction is divided into two parts: one is the continuous fluid surface, the other is the spray.The first part is simulated by the improved height field method, using adaptive grids in place of uniform grids, which can reduce the count of triangles. Instead of traditional particles, the second part is simulated by waterdrop-like particles that are constructed by third-order Bézier curve and simulate spray better. The two parts reduce the compution of triangles and the time of computing grid data and rendering, which accelerate simulation process. Besides, compared with traditional methods, only one iteration is applied to compute the support radius of each particle, which smoothes the change of density, and therefore improve the accuracy of pressure with less computation.KEYWORDS: Smoothed Particle Hydrodynamics, SPH; asymmetric kernel function; physical collisions; height field; waterdrop-like particle目录第一章绪论 (1)1.1研究目的和意义 (1)1.2研究现状 (3)1.3本文主要工作 (6)第二章光滑粒子流体动力学 (7)2.1光滑粒子流体动力学简介 (7)2.2 N-S方程 (8)2.3核函数 (9)2.3.1核函数的性质 (9)2.3.2常用核函数 (10)2.4状态方程 (13)第三章本文工作 (15)3.1非对称核函数 (15)3.2融合物理弹性碰撞的SPH方法 (16)3.3使用高度场和类水滴粒子进行表面重建 (19)3.3.1水滴状粒子 (19)3.3.2改进的高度场 (20)第四章模拟实验及实验结果分析 (23)4.1实验所用工具 (23)4.1.1并行计算 (23)4.1.2渲染工具 (24)4.2实验结果及分析 (26)4.2.1 非对称核函数 (26)4.2.2使用高度场和水滴状粒子的流体表面重构方法的实现 (26)4.2.3融合物理弹性碰撞的SPH方法实现 (31)第五章总结与展望 (34)参考文献 (36)插图清单图1.1电影《阿凡达》中的镜头 (1)图1.2电影《2012》的海报 (1)图1.3电影《疯狂动物城》中的角色——闪电 (2)图1.4游戏《精灵宝可梦Go》 (2)图2.1 SPH方法的基本模拟过程 (9)图2.2一维核函数的图像 (11)图2.3二维核函数的图像 (11)图3.1非对称核函数 (15)图3.2核函数的支持域完全在模拟域中 (16)图3.3核函数的支持域被边界截断 (16)图3.4本文提出的算法步骤 (17)图3.5SPH方法中粒子速度 (19)图3.6水滴状粒子 (20)图3.7旋转不同角度后的粒子 (20)图3.8需要划分的区域 (22)图3.9经过一次划分成小矩形 (22)图3.10最终划分结果 (22)图4.1并行计算的流程图 (24)图4.2OpenGL标志 (25)图4.3Pov-Ray渲染实例 (26)图4.4常规核函数与与非对称核函数对比 (26)图4.5粒子划分算法对比 (27)图4.6使用公式2.34时SPH方法同本文方法的比较 (27)图4.7使用公式2.35时SPH方法同本文方法的比较 (28)图4.8使用公式2.36时SPH方法同本文方法的比较 (28)图4.9溃坝模型模拟刚开始 (29)图4.10模拟进行一段时间后的溃坝模型 (29)图4.11模拟结果对比 (30)图4.12水未碰到边界 (31)图4.13水碰到边界，水花上扬 (32)图4.14水碰到边界，水花下落 (32)图4.15水运动趋于平稳 (32)图4.16溅起时的水花细节 (33)表格清单表4.1本文方法与SPH方法的运行时间对比 (29)表4.2对比方法与本文方法的运行时间对比 (31)第一章绪论第一章绪论1.1研究目的和意义2009年，一部由詹姆斯·卡梅隆执导的电影上映，最终取得了全球票房累计27亿5400万美元的成绩，成为历史上票房最高的电影。

粘弹性流体数值模拟研究

粘弹性流体数值模拟研究随着计算机技术的发展和液体力学的不断深入研究，研究人员对于粘弹性流体的数值模拟研究越来越重视。

粘弹性流体是指具有同时具有粘性和弹性的特征的流体，其粘性和弹性相互作用，形成复杂的流动行为，其数值模拟研究对于理解物质行为和工程应用具有重要的意义。

一、粘弹性流体的特点粘弹性流体具有粘性和弹性的相互作用，其特点如下：1.粘性：粘性是指流体在受到切应力时的抵抗力，即黏度。

粘性是流体内部分子的内聚力量和分子之间的吸引力量等复杂因素的综合表现。

2.弹性：弹性是指流体在受到形变力后恢复原来形态的性质。

粘弹性流体的弹性是指其分子之间的弹性作用，这种作用在于保持分子的间隔。

3.时间依赖性：粘弹性流体中的分子作用力极其复杂，因此其流动行为与时间密切相关。

时间依赖性意味着在不同的时间点上，流体的流动行为会产生不同的变化。

4.非线性：由于粘弹性流体中分子作用力相互作用，流体的流动行为呈现出非线性特征。

这也是造成粘弹性流体数值模拟难度的重要因素。

二、粘弹性流体数值模拟的方法在粘弹性流体的数值模拟研究中，常用的方法主要有有限元法、有限体积法和谱方法等。

这些数值方法具有各自的特点。

1.有限元法有限元法是通过把求解区域划分成互不重叠的小区域，并对每个小区域进行数学描述，从而对整个区域进行求解的方法。

该方法通过分离各个小区域的数学模型，使得求解过程更加简单易懂，能够解决非线性问题。

但是，有限元法有较大计算量，不适合处理大规模的问题。

2.有限体积法有限体积法是通过将求解区域划分成互相连接的有限体积进行求解的方法。

该方法通过求解有限体积的守恒方程，模拟粘弹性流体在不同的时间点上的流动行为。

该方法精度比较高，但是对于局部结构和微观特性要求较高。

3.谱方法谱方法是通过将求解函数进行傅里叶展开，对其进行求解的方法。

该方法求解过程精度较高，但是只适用于较小规模的问题。

三、粘弹性流体数值模拟研究的应用粘弹性流体的数值模拟研究主要应用于液体力学、工程应用等领域。

基于SPH方法的流体动力学模拟技术研究

基于SPH方法的流体动力学模拟技术研究流体动力学模拟技术是一种非常重要的数值计算方法，能够模拟和预测流体的流动和运动状态。

尤其在工业、航空、航海等领域，流体动力学模拟技术被广泛应用。

其中，SPH方法作为流体动力学模拟技术中的一种重要方法，已经成为研究的热点之一。

本文将围绕基于SPH方法的流体动力学模拟技术开展探讨。

一、SPH方法简介SPH方法是一种基于粒子的流体动力学模拟技术。

SPH全称是Smoothed Particle Hydrodynamics，它最初是由英国的Lucy和Gingold于1977年开发提出的。

在SPH方法中，流体被简化成一系列离散的粒子，这些粒子相互之间通过一定的算法来计算它们之间的相互作用力。

SPH方法主要涉及到流体的质量、速度和压力等物理量。

通过对粒子的轨迹进行计算，可以得到流体的运动和变形状态，从而模拟流体的流动和变化过程。

SPH方法具有易于实现、不受网格限制等优点，因此，在流体动力学的研究中得到了广泛的应用。

不过，SPH方法也存在着一些问题，比如模拟的粒子数量对计算精度存在影响等。

二、基于SPH方法的流体动力学模拟技术研究应用2.1 流动现象模拟在基于SPH方法的流体动力学模拟技术中，研究人员常常使用它来模拟流动现象。

例如，研究气泡在水中的运动状态、水流对船只的影响等。

通过模拟流体的流动状态，可以预测物质的运动路径和变形状态，并为实际工程的设计提供依据。

2.2 流体力学问题求解基于SPH方法的流体动力学模拟技术研究还可以解决一些流体力学问题。

例如，在机械工程、电子工程中，常常存在一些导热不良或液冷不良等问题，基于SPH方法的流体动力学模拟技术可以用来解决这些问题。

2.3 环境模拟除了工业领域，基于SPH方法的流体动力学模拟技术在环境模拟中也有一定应用。

例如，在固体废物处理中，常常需要将污染物转移到空气或水等介质中，基于SPH方法的流体动力学模拟技术可以模拟不同介质中的物质转移状态，进一步研究污染物的传播与转移。

基于 GPU 并行的改进 SPH 方法对粘性流场的模拟

基于 GPU 并行的改进 SPH 方法对粘性流场的模拟金善勤;郑兴;段文洋【期刊名称】《哈尔滨工业大学学报》【年(卷),期】2015(47)8【摘要】光滑粒子水动力学( SPH)方法对模拟破碎波问题有着良好的适应性. 基于众核架构的GPU计算平台在加速SPH方法方面有着强大的优势. 针对传统SPH 方法计算效率低和计算精度差的问题,采用δ-SPH方法对腔内剪切流动、Poiseuille流动、Couette流动问题、孤立波砰击问题进行了模拟,并且提出一种基于粒子对的GPU并行计算方法. 通过比较,得到不同边界处理方法对粘性流场模拟结果的影响规律,并且研究基于粒子对和单个粒子2种不同GPU并行计算方法,对比不同计算方法的精度和CPU时间. 结果表明,采用粒子对的GPU并行方法可以使δ-SPH方法的最大加速比超过10.%The smoothed particle hydrodynamics ( SPH ) method has a good adaptability for the simulation of breaking wave problems.The GPU computing platform based on many-core architecture has a strong advantage in SPH method acceleration.In view of the low efficiency and the accuracy problem of traditional SPH method, this paper puts forward a new GPU parallel computing model based on the particle pai r and improvedδ-SPH method for simulating viscosity flows such as lid-drive cavity flow, Poiseuille flow, Couette flow and solitary wave slamming. According to the comparison of different boundary handling methods, their rules on viscous flow simulation are got. Furthermore, two GPU parallel calculation methods which are respectively based on theparticle pair and single par-ticle are researched, and their accuracy and CPU time are compared.The results show that the GPU parallel calcu-lation method based on particle pairs makesδ-SPH exceed 10 times of the maximum speed-up ratio.【总页数】8页(P1011-1018)【作者】金善勤;郑兴;段文洋【作者单位】哈尔滨工程大学船舶工程学院,黑龙江哈尔滨150001;哈尔滨工程大学船舶工程学院,黑龙江哈尔滨150001;哈尔滨工程大学船舶工程学院,黑龙江哈尔滨150001【正文语种】中文【中图分类】O35【相关文献】1.基于GP U并行的改进SP H方法对粘性流场的模拟 [J], 金善勤;郑兴;段文洋2.应用基于GPU的SPH方法模拟二维楔形体入水砰击问题 [J], 王珏;邱流潮3.基于光滑粒子流体动力学方法与GPU并行计算的阶梯流数值模拟 [J], 吴建松;许声弟;胡啸峰4.GPU加速的SPH方法在溢洪道水流模拟中的应用 [J], 王巍5.基于GPU并行计算的风沙流SPH数值分析 [J], 梁岚博;金阿芳;闻腾腾;楚花明因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

光滑粒子流体动力学流体仿真技术综述

光滑粒子流体动力学流体仿真技术综述在科学和工程领域中，流体仿真技术在模拟和预测各种液体和气体的行为方面发挥了关键作用。

其中，光滑粒子流体动力学（Smoothed Particle Hydrodynamics，SPH）仿真技术被广泛应用于模拟复杂的流体现象。

本文将对光滑粒子流体动力学仿真技术的原理、应用以及发展趋势进行综述。

一、光滑粒子流体动力学的原理光滑粒子流体动力学是一种基于拉格朗日描述的流体仿真技术，它将流体连续介质视为由许多具有质量、体积和位置的光滑粒子组成的离散系统。

与传统方法不同，SPH不需要网格，通过将流体分离为离散的粒子来进行建模。

每个粒子的物理量和相互作用通过核函数进行计算，从而实现对整个流体系统的仿真。

二、光滑粒子流体动力学的应用1. 自然界仿真光滑粒子流体动力学通过模拟自然界中的流体现象，如水波、泡沫、海洋等，为研究者提供了更真实的视觉效果和物理表现。

例如，SPH可以模拟海浪的形成和破碎过程，为海洋工程和游戏开发等领域提供重要参考。

2. 工程应用光滑粒子流体动力学技术在工程领域中具有广泛的应用。

例如，它可以用来模拟汽车的空气动力学特性，从而优化汽车的外形和减少空气阻力。

此外，SPH还可以用于模拟液体在管道中的流动行为，为水力工程和石油工程提供设计和优化方案。

3. 物理效果模拟光滑粒子流体动力学技术在电影制作和游戏开发中广泛应用。

通过SPH仿真，可以实现逼真的液体和破碎效果，为电影和游戏增加真实感和可视效果。

4. 医学模拟SPH技术还可应用于医学仿真中，如血液流动的模拟和心脏瓣膜的工作原理。

这些仿真结果有助于医学研究者更好地理解生物系统的运行机制，为疾病治疗和医学设备设计提供指导。

三、光滑粒子流体动力学仿真技术的发展趋势1. 多物理场耦合目前，研究者正致力于将光滑粒子流体动力学仿真技术与其他仿真技术相结合，如弹性体仿真、热传导仿真等，以模拟更复杂的物理现象。

2. 高性能计算由于光滑粒子流体动力学仿真需要大量计算资源，研究者们正在开发并优化高性能计算方法，以提高仿真效率并扩展应用范围。

基于SPS-SPH方法的自由表面流动数值模拟

基于SPS-SPH方法的自由表面流动数值模拟陈善群;廖斌【期刊名称】《船舶力学》【年(卷),期】2013(000)009【摘要】SPS-SPH方法是为了克服经典SPH方法中人工粘性过于分散的缺点，以及克服改进的SPH方法中层流粘性不能准确捕捉湍流流体运动的不足。

该方法借鉴大涡模拟方法的思想提出了一个亚粒子尺度（Sub-Particle Scale，简称SPS）涡粘性项并将它附加在Morris的层流粘性项之后。

分别采用SPS-SPH方法和经典SPH方法对2D溃坝问题进行数值模拟并与实验数据进行了比较，结果表明，SPS-SPH方法的计算结果比经典SPH方法更加接近实验结果，该方法合理可靠，能够应用于数值模拟自由表面流动的相关问题。

将SPS-SPH方法进一步运用于求解二维和三维典型自由表面流动问题，计算结果表明，SPS-SPH方法对于自由表面流动的数值模拟问题具有较高的精确度，对解决此类问题有较大的参考价值。

【总页数】13页(P969-981)【作者】陈善群;廖斌【作者单位】安徽工程大学建筑工程学院，安徽芜湖 241000;安徽工程大学建筑工程学院，安徽芜湖 241000【正文语种】中文【中图分类】TV131.2【相关文献】1.基于MLSPH方法的自由表面流动数值模拟 [J], 潘中建;张学莹2.基于SPH的自由表面流动数值模拟 [J], 刘汉涛;常建忠;安康3.基于改进SPH方法的自由表面流动问题的数值模拟 [J], 李晓杰;马理强;丁技峰;岳喜凯4.自由表面流动问题的SPH方法数值模拟 [J], 毛益明;汤文辉5.二维自由表面流动的光滑粒子动力学方法数值模拟 [J], 何涛;周岱因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

基于SPH的三维流体模拟

基于SPH的三维流体模拟谭小辉;万旺根;黄炳;崔滨【期刊名称】《计算机应用与软件》【年(卷),期】2009(026)012【摘要】流体模拟是计算机图形学和虚拟现实技术的一个研究热点和难点,针对目前的流体模拟真实感不够强,不能描述流体表面破碎的缺陷,根据流体的物理模型,采用基于光滑粒子动力学(SPH)的方法实现了三维流体的模拟.算法的核心思想就是将流体视为一系列"粒子"的集合,粒子的物理量及其空间导数是通过搜索光滑半径内与其相互作用的粒子的物理量进行插值得到.此举可以简化拉氏流体力学偏微分方程组求解过程.与传统的流体模拟方法相比,采用SPH算法所得到的模拟结果不仅可以比较真实地模拟流体流动的效果,而且还能实现流体表面的剧烈变形,甚至表面破碎(如浪花飞溅效果).试验结果表明采用的算法在流体自由表面描述的逼真度上具有十分明显的优势.【总页数】4页(P222-224,258)【作者】谭小辉;万旺根;黄炳;崔滨【作者单位】上海大学通信与信息工程学院,上海,200072;上海大学通信与信息工程学院,上海,200072;上海大学通信与信息工程学院,上海,200072;上海大学通信与信息工程学院,上海,200072【正文语种】中文【相关文献】1.基于三维FEM-SPH转换算法的截齿冲击结核体仿真分析 [J], 高耀东;周同2.一种基于SPH流体模拟的固液边界改进算法 [J], 耿明;陈丛3.基于GPU带有复杂边界的三维实时流体模拟 [J], 柳有权;刘学慧;吴恩华4.基于GPU的面向SPH流体模拟的邻居查找算法 [J], 赵相坤;李凤霞;战守义5.基于三维并行SPH模型的土体流滑特性研究 [J], 张卫杰;郑虎;王占彬;高玉峰因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

基于SPH的新拌混凝土流动模拟研究

50 建筑机械基于SPH的新拌混凝土流动模拟研究伍红，童政钢，吴益辉（三一重工股份有限公司，湖南长沙 410100）［摘要］随着计算机技术的发展，数值模拟成为了研究新拌混凝土流动性能的高效方法之一。

本文采用宾汉姆模型作为混凝土的本构模型，基于SPH方法来模拟新拌混凝土的坍落度实验和L箱实验。

模拟结果与实验结果接近，表明该数值模拟方法能用于混凝土流动性能的研究。

［关键字］新拌混凝土；SPH；数值模拟［中图分类号］TU528 ［文献标识码］B ［文章编号］1001-554X（2020）10-0050-03Study on flow simulation of fresh concrete based on SPHWU Hong，TONG Zheng-gang，WU Yi-hui混凝土是由水泥、骨料、外加剂等加水搅拌而成的复杂混合物。

由于水泥的水化反应、物理凝集以及各组分之间的相互作用力，使得新拌混凝土的流变性能具有多样性、复杂性和可重复性差等特点。

为了保证施工的正常进行和混凝土硬化性能，新拌混凝土需要有合适的工作性能。

坍落度实验是最常用的混凝土工作性能评价方法之一，此外，还有许多学者采用了一些其他的测试方法来评价混凝土的工作性能［1，2］。

在施工过程中，由于新拌混凝土的工作性能不仅与自身流动性有关，而且受到结构等的影响，例如粗骨料的离析既受到混凝土本身抗离析能力的影响，又与钢筋之间的间隙相关。

毫无疑问，通过实验方法来设计和测量混凝土的工作性能是昂贵且费力的。

因此，基于数值模拟来设计新拌混凝土的工作性能是一个很好的选择［2］。

目前，Bingham模型通常用于描述新拌混凝土的流变性能。

几乎所有的流变试验都旨在测量Bingham模型的2个参数：屈服应力和塑性粘度。

例如，坍落度值与屈服强度有关，T50与塑性粘度有关。

在新拌混凝土的流动模拟中，也通常采用Bingham模型作为本构模型［2-4］。

光滑粒子流体动力学（Smoothed Particle Hydrodynamics，SPH）是一种基于拉格朗日的无网格粒子法。

基于SPH方法的黏性泥石流堆积形态数值模拟_缪吉伦

（ 1． Southwest Ｒesearch Institute of Waterway Transportation ， Chongqing Jiaotong University， Chongqing 400016 ， China； 2．Ｒesource ＆ Environment Engineering College ，Chongqing University， Chongqing 400015 ， China）
1， 2 1， 2 1 张文忠，周家俞缪吉伦，（ 1．重庆交通大学西南水运工程研究所，重庆 400016 ； 2．重庆大学资源及环境学院，重庆重的灾难。黏性泥石流的运动符合宾汉流体运动规律，认为黏性泥石流
遵循可压缩流 Navier － Stokes 方程，建立了基于无网格粒子算法的 SPH 数值模型。对 SPH 法的基本原理、核函数及控制方程离散格式、边界处理及数值解法等进行了介绍。在此基础上分析研究了黏性泥石流堆积运动过程，并与试验结果及其他理论方法得到的结果进行了比较，表明该方法能够模拟黏性泥石流的堆积运动过程。关键词：泥石流；光滑粒子流体动力学；无网格法；数值模拟中图分类号： P642． 23 文献标志码： A
·
μ eff = μ B +
·
（ 4）
γ Bingham 屈服应力及剪应变率。 μ B 和 τ B 和γ 分别为粘性系数、 μB ， τ B 可根据费祥俊公式求出或实测得式中，到。在二维模型中γ 可简化为
· ·
γ =
y 方向的流速矢量。式中 u 和 v 分别为 x、在此模型中，当剪应力小于屈服应力时，流体运动同刚体类似；当剪应力大于屈服应力时，表现为牛顿流体运动。

基于SPH方法的水动力学模拟研究

基于SPH方法的水动力学模拟研究1.引言水动力学作为一门关注水流运动及其影响的学科，已经在工程实践和科学研究中得到广泛应用。

水动力学模拟技术是水动力学研究领域的重要工具。

SPH方法是一种基于流体粒子动力学的模拟方法，已经得到广泛应用于水动力学模拟领域。

2. SPH方法概述SPH方法是一种基于拉格朗日方法的粒子方法，首先由Monaghan提出。

它的优点在于可以对自由表面、复杂几何形状和流体边界进行直接模拟。

SPH方法的原理是通过将流体粒子模型化为小质量、有一定体积的粒子，然后分别计算每个粒子所受到的力，并通过牛顿运动方程模拟其运动轨迹。

3. SPH方法在水动力学模拟中的应用3.1自由面模拟SPH方法能够较好地模拟液-空相界面的变形和波动。

它可以考虑自由表面的动态变化，以及其与流体运动的相互作用。

由此，SPH方法可用于模拟水流中的涡流、湍流，以及流体表面的折射和反射等现象。

3.2环境流场模拟环境流场是指在各种环境介质（如海洋、河流、湖泊、通道等）中运动的流体。

由于环境流场中流体参数的复杂变化，传统流体力学方法很难对其进行准确的预测和分析。

而SPH方法在模拟复杂的环境流场问题方面具有很大的优势，它能够准确地预测流体的变化规律和运动趋势。

3.3非线性波浪模拟SPH方法在非线性波浪模拟中也具有很高的可靠性。

SPH方法能够较好地模拟海洋中的波浪和涌浪，可以预测波浪的传播、折射和绕射。

因此，SPH方法在海洋工程、海洋预报和海岸防护中具有很大的应用前景。

4. SPH方法的优缺点4.1优点（1）SPH方法可以模拟非线性和复杂的流体现象。

（2）SPH方法能够对自由表面进行直接模拟。

（3）SPH方法能够模拟复杂的几何形状。

（4）SPH方法适用于多相流模拟。

4.2缺点（1）SPH方法需要较高的计算资源，计算时间较长。

（2）SPH方法对于粘性流体的粘滞性和涡流的建模还需要进一步研究和改进。

（3）SPH方法在模拟复杂流动时，需要选择适当的粒子数量和参数，否则容易产生数值耗散和不稳定。