《無格線弱可壓縮SPH數值算法及套用擴展》是科學出版社出版的一本圖書，作者是董祥偉
基本介紹
- 作者： 董祥偉
- 出版社：科學出版社
- ISBN：9787030692917
內容簡介,圖書目錄,
內容簡介
本書介紹了一種無格線數值模擬方法，即“弱可壓縮光滑粒子動力學方法”。該方法是光滑粒子動力學（smoothed particle hydrodynamics，SPH）方法的一個分支，其原理簡單、數值算法簡潔，在處理自由表面流動、界面流動、流固耦合等問題時具有獨特的優勢。本書基於作者在弱可壓縮SPH數值算法和套用方面的研究基礎，對該方法的數學原理、數值算法和計算機編程方法進行了歸納和整理。本書針對具體的科學和工程問題，包括多相界面流動、表面張力、液滴衝擊、毛細現象、顆粒沖蝕、磨料射流等，運用弱可壓縮SPH方法建立相應的數值計算模型，形成了一些適用於特定問題的新型算法。本書在附錄中提供了書中部分算例的計算機代碼，它們採用Fortran 90語言編寫
圖書目錄
《博士後文庫》序言
序
前言
第1章 緒論 1
1.1 數值模擬概述 1
1.2 格線方法及其局限性 2
1.3 弱可壓縮SPH方法 4
1.4 SPH方法的數值模擬套用 5
1.4.1 自由表面流動 5
1.4.2 流固耦合 6
1.4.3 多相流 7
1.4.4 表面張力和毛細現象 8
1.5 本書內容梳理 9
1.5.1 物理現象和工程問題 10
1.5.2 本書主要脈絡 12
參考文獻 13
第2章 SPH方法基礎理論 18
2.1 引言 18
2.2 連續介質控制方程 19
2.3 數值近似原理 20
2.3.1 核近似和粒子近似 20
2.3.2 矢量函式散度的粒子近似 22
2.3.3 標量函式梯度的粒子近似 23
2.4 光滑函式和光滑長度 24
2.4.1 常用的光滑函式 24
2.4.2 光滑長度 25
2.5 控制方程的離散化 27
2.5.1 質量守恆方程 27
2.5.2 動量守恆方程 27
2.6 狀態方程和人工聲速 29
2.6.1 狀態方程 29
2.6.2 人工聲速值的預估 31
2.7 數值近似精度分析 33
2.7.1 核近似的一致性 34
2.7.2 粒子近似的一致性 34
2.8 數值精度的改進方法 36
2.8.1 修正的光滑粒子法（CSPH格式） 36
2.8.2 有限粒子法 37
2.8.3 修正的光滑粒子法和有限粒子法的對比分析 38
2.8.4 密度場重新初始化 45
2.8.5 核梯度修正 46
2.9 邊界處理 48
2.9.1 固壁邊界 48
2.9.2 周期性邊界 52
2.10 時間積分格式 54
2.10.1 蛙跳法 54
2.10.2 預測校正法 54
本章小結 55
參考文獻 55
第3章 多相界面流動的數值算法 57
3.1 引言 57
3.2 兩相流模型及算法 58
3.2.1 控制方程及狀態方程 58
3.2.2 離散方程及數值技術 61
3.2.3 時間積分格式及算法流程 64
3.2.4 模型驗證與結果分析 65
3.3 三相流方程的調整 71
3.3.1 狀態方程和界面張力 71
3.3.2 模型驗證與結果分析 73
3.4 氣-液-固接觸角算法 76
3.4.1 模型描述 77
3.4.2 氣液固三相接觸點 78
3.4.3 虛擬界面構建 80
3.4.4 接觸點的確定 82
3.4.5 模型驗證與結果分析 83
本章小結 98
參考文獻 98
第4章 自由液面的表面張力算法 99
4.1 引言 99
4.2 基本方程 99
4.3 表面張力算法 101
4.3.1 相間作用力模型介紹 101
4.3.2 連續表面力模型 105
4.3.3 表面粒子的鑑定 106
4.3.4 表面曲率和法向量的計算 108
4.3.5 表面張力模型驗證 109
4.4 液滴衝擊固壁和液面 111
4.4.1 液滴衝擊固壁 111
4.4.2 液滴衝擊液面 114
4.5 液滴衝擊彈性基底建模 116
4.5.1 控制方程 117
4.5.2 離散方程 118
4.5.3 接觸算法 120
4.5.4 時間積分格式及算法流程 120
4.5.5 計算結果分析 122
4.6 液滴衝擊粗糙基底 129
4.6.1 問題描述 129
4.6.2 模型描述 130
4.6.3 液滴的鋪展及回彈過程 132
4.6.4 液滴的刺穿行為分析 135
本章小結 138
參考文獻 138
第5章 顆粒衝擊損傷問題的數值算法 140
5.1 引言 140
5.2 影響因素及參數定義 140
5.2.1 影響因素 140
5.2.2 顆粒碰撞假設 141
5.2.3 顆粒運動參數及方位角 142
5.3 顆粒運動方程 143
5.3.1 運動方程 143
5.3.2 顆粒建模 144
5.3.3 顆粒形狀描述 145
5.4 材料本構模型 148
5.4.1 延性材料 148
5.4.2 脆性材料 150
5.5 彈塑性固體SPH方程 152
5.5.1 控制方程 152
5.5.2 本構模型的實施 153
5.5.3 數值求解流程 154
5.5.4 結果與討論 156
5.6 粒子分裂及動態細化算法 159
5.6.1 概述 159
5.6.2 粒子分裂準則 159
5.6.3 粒子分裂模式 160
5.6.4 誤差分析 161
5.6.5 分裂粒子的變數賦值 162
5.6.6 結果與討論 162
5.7 多顆粒重複衝擊 167
5.7.1 多顆粒衝擊算法流程 167
5.7.2 不同形狀顆粒的沖蝕特性對比 170
5.8 顆粒衝擊實驗及模型驗證 175
5.8.1 實驗裝置及參數 175
5.8.2 結果對比與分析 177
本章小結 180
第6章 顆粒-射流耦合沖蝕模型和算法 182
6.1 引言 182
6.2 磨料顆粒的建模 183
6.2.1 顆粒的碰撞過程 183
6.2.2 磨料顆粒模型 185
6.2.3 特徵參數 186
6.2.4 顆粒形狀 186
6.3 耦合模型建立及求解 189
6.3.1 水射流流體控制方程 190
6.3.2 靶體的控制方程 191
6.3.3 顆粒的運動方程 191
6.3.4 顆粒分布隨機算法 193
6.3.5 射流與靶體碰撞的接觸算法 196
6.3.6 耦合模型的求解 198
6.4 計算結果與討論 201
6.4.1 純顆粒衝擊金屬表面 201
6.4.2 磨料水射流切割脆性材料 204
6.4.3 磨料水射流切割塑性材料 207
6.4.4 磨料水射流切割塑性和脆性材料的對比 210
本章小結 213
第7章 數值算法的套用擴展 214
7.1 油氣水混合液的重力分離過程模擬 214
7.1.1 兩氣泡上浮融合 214
7.1.2 分散油滴沉降分離過程 217
7.1.3 油水重力分離器模擬 220
7.1.4 油氣水三相流動 223
7.2 液滴衝擊彈性基底力學行為研究 226
7.2.1 液滴衝擊兩端固定梁 227
7.2.2 液滴衝擊微懸臂樑 232
7.3 角型顆粒衝擊延性金屬材料的沖蝕機理研究 236
7.3.1 衝擊角和方位角的影響 237
7.3.2 衝擊速度的影響 242
7.3.3 顆粒的動能損失 246
7.3.4 複雜形狀角型顆粒衝擊 249
7.3.5 小結 255
7.4 角型顆粒衝擊脆性材料的沖蝕機理研究 256
7.4.1 實驗與模擬結果對比 256
7.4.2 表面裂紋和損傷凹坑 257
7.4.3 影響因素分析 261
7.5 磨料水射流切割特性研究 266
7.5.1 磨料水射流切割延性材料 266
7.5.2 磨料水射流切割脆性材料 269
7.5.3 與實驗結果對比 270
7.6 面向水中爆炸問題的粒子搜尋算法 274
7.6.1 數值模型 274
7.6.2 狀態方程 277
7.6.3 氣液界面處理 278
7.6.4 可變光滑長度 278
7.6.5 計算結果及分析 279
7.6.6 搜尋算法最佳化 285
7.7 噴丸顆粒衝擊模擬及表面覆蓋率預測 292
7.7.1 概述 292
7.7.2 數值模型 292
7.7.3 單個彈丸衝擊 294
7.7.4 大量彈丸衝擊 298
7.8 浮體在波浪水槽中的運動行為分析 307
7.8.1 概述 307
7.8.2 基本方程 307
7.8.3 數值水槽模型 309
7.8.4 浮體在水槽中的運動分析 316
本章小結 323
第8章 電腦程式開發 325
8.1 數值計算流程 325
8.2 程式結構及變數定義 326
8.3 粒子的搜尋及配對 328
8.3.1 粒子配對、存儲及求和 328
8.3.2 鄰域粒子搜尋 330
8.4 計算實例及代碼 334
8.4.1 潰壩流動 334
8.4.2 水彈性耦合 340
本章小結 344
與本書相關的學術論文 346
附錄 349
附錄1 MLS密度重整化原始碼 349
附錄2 LU分解的原始碼 352
附錄3 核梯度修正原始碼 356
附錄4 鍊表式搜尋原始碼 358
編後記 361
