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^*

来源：振动与冲击, 2022, 41(17): 170-203.

DOI：10.13465/j.cnki.jvs.2022.17.021

• 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

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。

• 单位
  东南大学; 土木工程学院