一種改進(jìn)的布置均勻粒子的方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于計(jì)算力學(xué)【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種改進(jìn)的布置均勻粒子的方法。該方法包括1、布置流體粒子和邊界粒子。2、對(duì)粒子的物理屬性初始化。3、計(jì)算邊界粒子對(duì)流體粒子的邊界力、由于粒子不均勻性產(chǎn)生的速度變化率、粒子速度的修正值。4、求解粒子速度，然后進(jìn)一步求解粒子的位置。5、重復(fù)步驟2、3、4，當(dāng)所有的粒子速度u<10-m的時(shí)候認(rèn)為計(jì)算已經(jīng)收斂，此時(shí)輸出粒子的位置，m的取值范圍為2～7。本發(fā)明方法能快速有效的布置均勻的粒子，可用于光滑粒子動(dòng)力學(xué)計(jì)算前處理，提高其計(jì)算的精度。
【專利說(shuō)明】一種改進(jìn)的布置均勻粒子的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于計(jì)算力學(xué)【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種改進(jìn)的布置均勻粒子的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]光滑粒子動(dòng)力學(xué)(smooth particle hydrodynamic)是一種純無(wú)網(wǎng)格方法,在眾多的無(wú)網(wǎng)格方法中，光滑粒子動(dòng)力學(xué)具有很多獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，這些優(yōu)勢(shì)使得光滑粒子動(dòng)力學(xué)被廣泛的應(yīng)用于固體和流體領(lǐng)域。本發(fā)明能夠?yàn)楣饣Ｗ觿?dòng)力學(xué)在計(jì)算之前獲得一個(gè)均勻分布的粒子場(chǎng)，對(duì)提高光滑粒子動(dòng)力學(xué)計(jì)算結(jié)果的精度和穩(wěn)定性以及加快計(jì)算的收斂具有重要的意義。
[0003]1977年Gingold和Monaghan,及Lucy首次利用光滑粒子動(dòng)力學(xué)解決天體物理問(wèn)題。然而基于光滑粒子動(dòng)力學(xué)方法的流動(dòng)模擬目前仍主要是二維問(wèn)題，而且通常是較為簡(jiǎn)單的邊界，造成這一問(wèn)題的眾多原因之一就是光滑粒子動(dòng)力學(xué)在處理復(fù)雜邊界形狀問(wèn)題時(shí)難以得到一個(gè)初始分布均勻的粒子場(chǎng)。目前很少有人對(duì)光滑粒子動(dòng)力學(xué)布置均勻粒子的方法進(jìn)行研究。基于核函數(shù)的歸一特性和對(duì)稱特性，2012年Colagrossi等人提出了一種光滑粒子動(dòng)力學(xué)粒子均勻化算法。然而Colagrossi等人提出的粒子均勻化算法存在著一些問(wèn)題:
[0004](I)固體邊界周圍較大范圍內(nèi)流體粒子的位置都會(huì)發(fā)生變動(dòng)；
[0005](2)粒子的均勻程度依賴光滑長(zhǎng)度與初始粒子間距的比值；
[0006](3)邊界附近的流體粒子可能會(huì)穿透固體表面。
[0007]基于2012年Colagrossi等人提出的粒子均勻化算法,本發(fā)明通過(guò)速度修正以及添加邊界力模型，構(gòu)建了一種改進(jìn)的布置均勻粒子的方法，利用該方法能夠?qū)θ我膺吔缧螤畹挠?jì)算域快速地布置均勻粒子，并且有效的解決了流體粒子穿透固體表面的問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的是為了克服上述已有技術(shù)的缺陷，實(shí)現(xiàn)更快速、更均勻、更方便的分布均勻的粒子和避免前處理計(jì)算時(shí)流體粒子穿透固體壁面，提出了一種改進(jìn)的布置均勻粒子的方法。
[0009]本發(fā)明的目的是通過(guò)下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。
[0010]提出了一種改進(jìn)的布置均勻粒子的方法，具體實(shí)現(xiàn)步驟如下:
[0011]步驟1、布置流體粒子和邊界粒子，對(duì)粒子的物理屬性初始化。
[0012]1.1、布置流體粒子和邊界粒子
[0013]一般外形物體繞流計(jì)算的流場(chǎng)域可用一個(gè)封閉區(qū)域和物面之間的區(qū)域來(lái)表示。先在整個(gè)封閉區(qū)域內(nèi)布上均勻的流體粒子；然后去除邊界上和物面內(nèi)的流體粒子；最后在外邊界和固壁邊界上布置均勻的邊界粒子。
[0014]1.2、對(duì)粒子的物理屬性初始化
[0015]給出粒子的質(zhì)量m、密度P、光滑長(zhǎng)度h(—般取為略大于初始粒子間距的值)，粒子的初始速度v=0。
[0016]步驟2、搜索粒子對(duì)，計(jì)算核函數(shù)。
[0017]計(jì)算所有粒子之間的距離r= I X1-Xj I，Xi和Xj分別表示任意i粒子和j粒子的坐標(biāo)。核函數(shù)有很多種，這里以三次樣條核函數(shù)為例，通過(guò)公式(I)計(jì)算核函數(shù)W的值，R是基于光滑長(zhǎng)度h進(jìn)行無(wú)量綱化后的粒子間距，R= I X1-Xj I /h,為了滿足正則化條件，在一維、二維和三維中a d分別取為1/h，15/7h2和3/2h3。。
[0018]
【權(quán)利要求】
1.一種改進(jìn)的布置均勻粒子的方法，其特征在于，具體實(shí)現(xiàn)步驟如下: 步驟1、布置流體粒子和邊界粒子，對(duì)粒子的物理屬性初始化 .1.1、布置流體粒子和邊界粒子 先在整個(gè)封閉區(qū)域內(nèi)布上均勻的流體粒子；然后去除邊界上和物面內(nèi)的流體粒子；最后在外邊界和固壁邊界上布置均勻的邊界粒子； . 1.2、對(duì)粒子的物理屬性初始化 給出粒子的質(zhì)量m、密度P、光滑長(zhǎng)度h，粒子的初始速度V=O ； 步驟2、搜索粒子對(duì)，計(jì)算核函數(shù) 步驟3、計(jì)算邊界粒子對(duì)流體粒子的邊界力、由于粒子不均勻性產(chǎn)生的速度變化率、粒子速度的修正值 . 3.1計(jì)算邊界粒子對(duì)流體粒子的邊界力通過(guò)公式
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種改進(jìn)的布置均勻粒子的方法，其特征在于:其中步驟3.1中Φ的取值范圍為0.1~I。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種改進(jìn)的布置均勻粒子的方法，其特征在于:其中步驟3.2中β的取值范圍為0.1~0.01，α的取值范圍為0.01~0.0001。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種改進(jìn)的布置均勻粒子的方法，其特征在于:其中步驟3.3中ε的取值范圍為0.01~0.3。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種改進(jìn)的布置均勻粒子的方法，其特征在于:其中步驟5中m的取值范圍 為2~7。
【文檔編號(hào)】G06F19/00GK103793598SQ201410019496
【公開(kāi)日】2014年5月14日 申請(qǐng)日期:2014年1月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月15日
【發(fā)明者】雷娟棉, 黃燦, 王鎖柱, 何建東, 鄭志偉 申請(qǐng)人:北京理工大學(xué)