模拟流体冲击致结构破坏问题的SPH-PD耦合方法

作     者：时浩天 郭力 SHI Haotian;GUO Li

作者机构：东南大学土木工程学院南京210000 

出 版 物：《振动与冲击》 (Journal of Vibration and Shock)

年 卷 期：2022年第41卷第17期

页      面：170-176,203页

核心收录：

学科分类：0820[工学-石油与天然气工程] 08[工学] 080203[工学-机械设计及理论] 0802[工学-机械工程] 

基　　金：国家自然科学基金资助项目(51578142)。 

主　　题：流固耦合 光滑粒子流体动力学(SPH) 近场动力学(PD) 动态边界条件 无网格法 结构破坏 

摘      要：流体冲击致结构破坏在自然灾害、海岸及近海工程中广泛存在,是典型的流固耦合问题。基于网格的方法在捕捉流体自由表面、模拟结构开裂破坏的过程中存在固有的困难。针对此类问题,发展了一种基于光滑粒子流体动力学(smoothed particle hydrodynamics,SPH)和近场动力学(peridynamics,PD)耦合求解冲击破坏问题的数值方法。采用动态边界条件的思想,利用SPH和PD在数值计算过程上的相似性,通过设置恰当的光滑长度,自动识别流固界面并进行数据交换,高效实现了耦合计算过程。该方法一定程度上规避了无网格法在施加本质边界条件上的困难,综合了SPH在处理自由表面流、PD在处理材料断裂失效上的优势,可以实现一定规模复杂流固耦合问题的模拟。最后,采用提出的SPH-PD耦合方法,模拟了溃坝冲击下游弹性挡板问题,成功捕捉到结构经历大变形直至断裂失效的行为。