三维弹塑性流体动力学多介质界面处理及数值模拟

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三维混合网格界面处理问题是欧拉方法中的关键问题,也是当前计算流体力学研究中重要而且具有相当难度的研究课题之一,论文全面综述了界面处理问题的研究现状,提出一种新的界面方法——模糊界面处理方法,并在程序中得以实现,对具有实际工程背景的终点效应问题进行数值模拟.主要工作如下:(1)采用"和"分裂差分格式求解流体弹塑性模型的基本方程组,在三个方向离散空间区域成固定的Euler长方体网格.每个方向,分为两个阶段计算,拉格朗日阶段考虑压力对速度梯度和比内能的影响,欧拉步中考虑输运,应用模糊界面处理方法.(2)对于三维多介质计算,在一个混合网格中出现了复杂的界面形状及拓扑结构,传统Youngs技术几乎不可能实现.为此该文把模糊界面方法应用到欧拉方法中,避免了Youngs技术中繁杂的而不精确的界面描述和逻辑判断,基本解决了欧拉方法中的三维多介质计算问题.(3)把三维两种介质的计算程序扩充为三种介质的计算程序,拓展了程序的计算功能和数值模拟能力.整个计算划分为若干个模块在Digital visual fortran开发平台上编译执行.实现与二维和三维可视化软件VISC2D、VISC3D接口,对二维藿面和三维数值计算输出结果进行可视化处理,把庞大的数据文件转化为图像和动画.(4)考虑了多种材料的大变形问题,如爆炸驱动、射流形成、侵砌、应力波的传播、冲击波的相互作用、高速碰撞和终点效应等问题.分别对物体的匀速运动、爆炸场、侵彻和射流进行了数值模拟,得到描述整个过程的可视化图像和动画.把射流数值模拟和实验进行了简单的对比,数值结果与实验基本吻合.证明了所采用的数值方法和界面处理方法是有效的,程序计算稳定.(5)论文最后对所做的工作进行了概括和总结,提出了该课题中存在的问题以及下一步要开展的研究工作.
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