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自然对流传热问题的改进光滑粒子流体动力学模拟
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作者 许晓阳 于巍 《计算力学学报》 北大核心 2025年第3期427-434,共8页
基于一种改进的光滑粒子流体动力学SPH(Smoothed Particle Hydrodynamics)方法对封闭方腔自然对流传热问题进行了数值模拟。为了抑制压力场中由于弱可压缩假设而引起的非物理震荡,在连续性方程中引入了密度耗散项;为了克服粒子分布不均... 基于一种改进的光滑粒子流体动力学SPH(Smoothed Particle Hydrodynamics)方法对封闭方腔自然对流传热问题进行了数值模拟。为了抑制压力场中由于弱可压缩假设而引起的非物理震荡,在连续性方程中引入了密度耗散项;为了克服粒子分布不均匀引起的拉伸不稳定性,联合了粒子迁移技术;为了提高梯度算子的精度和数值稳定性,施加了核梯度修正算法。首先,运用改进SPH方法对瑞利数Ra=104的封闭方腔自然对流传热问题进行模拟,通过与有限体积方法得到结果的比较验证了方法的有效性。随后,扩展到Ra=105和106进行模拟,讨论了不同瑞利数下速度场和温度场的分布规律,分析了不同物理参数对自然对流传热的影响。数值结果表明,本文改进SPH方法可准确有效地模拟自然对流传热问题。 展开更多
关键词 光滑粒子流体动力学 自然对流 传热 封闭方腔 数值模拟
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低雷诺数下圆柱强迫振动特性光滑粒子流体动力学模拟
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作者 赵宇蒙 温鸿杰 +1 位作者 任冰 王超 《海洋工程》 CSCD 北大核心 2021年第4期134-143,共10页
基于光滑粒子流体动力学(SPH)方法,开发了能够准确描述水流作用下圆柱强迫振动特性的数学模型。通过引入适合于无网格粒子法的开边界算法,来模拟出入流边界条件,建立了具有造流功能的SPH数值水槽。圆柱及计算域的上下边界均采用修正的... 基于光滑粒子流体动力学(SPH)方法,开发了能够准确描述水流作用下圆柱强迫振动特性的数学模型。通过引入适合于无网格粒子法的开边界算法,来模拟出入流边界条件,建立了具有造流功能的SPH数值水槽。圆柱及计算域的上下边界均采用修正的动力边界条件进行模拟。借助于粒子位移矫正和压力修正算法,避免了圆柱周围流体粒子压力大幅震荡以及结构下游区域出现空腔等非物理性现象。使用典型的圆柱绕流数据,验证了所建SPH模型的计算性能,研究了固定圆柱在低雷诺数情况下的尾涡脱落模式和升阻力变化规律。明确了低雷诺数下强迫振动圆柱在频率锁定以及非锁定区间内的升力变化规律,量化了升力与外界激励频率之间的关系。 展开更多
关键词 光滑粒子流体动力学 圆柱绕流 强迫振动 涡脱落模式 激励频率
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基于光滑粒子流体动力学算法的虚拟手术血雾仿真模拟方法
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作者 王文聪 孙龙 +2 位作者 周峰 张峰峰 孙立宁 《哈尔滨工程大学学报》 北大核心 2025年第7期1398-1404,共7页
针对在虚拟手术系统中血流和烟雾的仿真模拟效果的运动规律和实时性的不足,本文利用光滑粒子流体动力学无网格技术对虚拟手术中血液和烟雾的仿真模拟进行研究。针对光滑粒子流体动力学方法的粒子属性更新速度受临近粒子搜索计算影响较... 针对在虚拟手术系统中血流和烟雾的仿真模拟效果的运动规律和实时性的不足,本文利用光滑粒子流体动力学无网格技术对虚拟手术中血液和烟雾的仿真模拟进行研究。针对光滑粒子流体动力学方法的粒子属性更新速度受临近粒子搜索计算影响较大的问题,对已有的临近粒子搜索法进行了改进,实验表明:在8000个粒子时采用遍历搜索法和树形搜索算法分别需要耗时548.6 ms和129.6 ms,采用本文改进的邻近粒子搜索算法需19.4 ms,改进后的算法相比直接遍历搜索算法减少了96.5%计算量,比树形搜索算法减少了85%计算量,而且随着粒子数量的增加,本文的方法越来越具有优势。搭建了虚拟手术训练平台,实现了电剪切训练和电凝止血训练。 展开更多
关键词 虚拟手术 血液仿真 烟雾仿真 光滑粒子流体动力学算法 NAVIER-STOKES方程 临近粒子搜索算法 电剪切训练 电凝止血训练
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三维高黏非牛顿流体自由表面流动的光滑粒子流体动力学方法研究
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作者 徐杨 孙鹏楠 +1 位作者 黄晓婷 张翔 《力学学报》 北大核心 2025年第10期2332-2347,共16页
工业应用中广泛存在高黏性非牛顿流体自由表面流动问题,其复杂的流变特性与自由表面演化给数值模拟带来了重大挑战.光滑粒子流体动力学(smoothedparticlehydrodynamics,SPH)方法作为典型的无网格计算方法,在处理自由表面流动方面展现出... 工业应用中广泛存在高黏性非牛顿流体自由表面流动问题,其复杂的流变特性与自由表面演化给数值模拟带来了重大挑战.光滑粒子流体动力学(smoothedparticlehydrodynamics,SPH)方法作为典型的无网格计算方法,在处理自由表面流动方面展现出独特优势.然而,SPH中物理黏性项的数值精度易受离散格式和粒子分布的影响,在高黏性流动场景下误差尤为显著.同时高黏性引发的严格时间步长约束还导致计算效率急速下降.针对上述问题,本文基于非牛顿Cross模型表征流体黏性行为,结合一种稳健的粒子位移修正技术及自由面修正方法以提高粒子分布均匀性,并分别基于两种典型黏性形式(MGF和MEA)构建了显式黏性和隐式黏性SPH数值模型.其中,显式黏性SPH模型适用于处理中低黏度非牛顿流体自由表面流动,隐式黏性SPH模型则针对高黏性流动场景设计,可在严格时间步长约束下显著提升计算效率与稳定性.通过液滴撞击、射流冲击及射流屈曲等典型高剪切流动算例进行了系统验证.结果表明,MGF黏性在显式与隐式黏性SPH模型中均能保持良好的稳定性和物理一致性,适用于高黏高剪切流动的高保真模拟.高黏条件下隐式求解策略显著提升了计算效率,为复杂工况下高效、稳定、物理保真的非牛顿流动模拟提供了有效数值途径. 展开更多
关键词 高黏自由表面流动 非牛顿流体 光滑粒子流体动力学方法 隐式黏性
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基于光滑粒子流体动力学的波浪中航行体入水数值模拟 被引量:5
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作者 管祥善 孙鹏楠 +1 位作者 李江昊 孙龙泉 《空气动力学学报》 CSCD 北大核心 2024年第2期85-95,I0002,共12页
航行体在波浪条件下高速入水的运动响应和载荷特性是其研发设计过程中需要重点考虑的问题,为了对该问题进行精准预测,采用无网格光滑粒子流体动力学(smoothed particle hydrodynamics,SPH)方法,提出了一种新型周期性波浪边界技术,利用... 航行体在波浪条件下高速入水的运动响应和载荷特性是其研发设计过程中需要重点考虑的问题,为了对该问题进行精准预测,采用无网格光滑粒子流体动力学(smoothed particle hydrodynamics,SPH)方法,提出了一种新型周期性波浪边界技术,利用四元数法计算物体六自由度运动,建立了波浪条件下入水模拟的数值水池。通过对静水中方块体垂直落水和航行体倾斜入水运动轨迹和冲击载荷的模拟,对比于实验参考结果,验证了数值模型的计算精度。随后,在SPH数值波浪水池中对航行体在不同波浪相位角下的高速入水过程开展研究,结果表明航行体弹道稳定性受到波浪相位角影响显著,0°相位角入水时弹道最为稳定。该新型SPH数值水池能够实现航行体波浪中入水过程的精确预报。 展开更多
关键词 光滑粒子流体动力学 航行体入水 周期性边界 造波 四元数法
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复杂多相流体的介观模拟:耗散粒子动力学方法及应用 被引量:1
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作者 潘定一 胡国辉 +1 位作者 陈硕 PHAN-THIEN Nhan 《力学进展》 EI CSCD 北大核心 2024年第1期173-201,共29页
在悬浮液、乳液和泡沫等复杂多相流体中,离散分布着大量的纳米至微米尺度的颗粒、液滴和气泡等,在流动作用下这些离散相物质呈现出复杂的个体或群体运动行为,进而显著影响这些复杂多相流体的宏观流变和流动行为.针对这类流体,开展介观... 在悬浮液、乳液和泡沫等复杂多相流体中,离散分布着大量的纳米至微米尺度的颗粒、液滴和气泡等,在流动作用下这些离散相物质呈现出复杂的个体或群体运动行为,进而显著影响这些复杂多相流体的宏观流变和流动行为.针对这类流体,开展介观尺度数值模拟成为一种有效且相对经济的研究手段.其中,耗散粒子动力学(dissipative particle dynamics,DPD)方法是一种具有代表性的介观尺度数值模拟方法,由于其粒子方法的特质,DPD方法适合用于上述复杂多相流体内部结构的数值建模和数值模拟研究.本文对近年来DPD方法在颗粒悬浮液、乳液和气泡等复杂多相流体模拟方面研究进展进行了系统的介绍,深入探讨了DPD方法在复杂多相流体介观模拟方面的针对性改进以及当前存在的不足,并对DPD方法的研究和应用进行了总结和展望. 展开更多
关键词 复杂多相流体 耗散粒子动力学 介观尺度模拟 悬浮液 乳液
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光滑粒子流体动力学流体仿真技术综述 被引量:5
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作者 刘树森 何小伟 +1 位作者 王文成 吴恩华 《软件学报》 EI CSCD 北大核心 2024年第1期481-512,共32页
光滑粒子流体动力学(smoothed particle hydrodynamics,SPH)是实现流体仿真的主要技术之一.随着生产实践中流体仿真应用需求的增加,近些年涌现了许多相关研究成果,改善了流体不可压缩性、粘性、表面张力等物理特性模拟的视觉真实性、效... 光滑粒子流体动力学(smoothed particle hydrodynamics,SPH)是实现流体仿真的主要技术之一.随着生产实践中流体仿真应用需求的增加,近些年涌现了许多相关研究成果,改善了流体不可压缩性、粘性、表面张力等物理特性模拟的视觉真实性、效率与稳定性.同时,一些工作探讨了复杂场景的高质量模拟,以及多场景、多材料的统一仿真框架,增强了SPH流体仿真技术的应用效能.从以上几个方面对SPH流体仿真技术进行归纳、总结和讨论,并对其未来发展进行了展望. 展开更多
关键词 计算机图形学 计算物理 光滑粒子流体动力学
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波浪对透空式结构物冲击作用的光滑粒子流体动力学数值模拟 被引量:10
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作者 任冰 高睿 +2 位作者 金钊 王国玉 王永学 《海洋学报》 CAS CSCD 北大核心 2012年第1期163-177,共15页
基于光滑粒子流体动力学(SPH)方法的二维数值波浪水槽模拟了规则波对透空式结构物的冲击作用。通过黎曼解和CSPM相结合的方法对连续方程和动量方程进行了修正。对造波边界采用虚粒子法模拟。提出了一种耦合计算方法来消除造波边界附近... 基于光滑粒子流体动力学(SPH)方法的二维数值波浪水槽模拟了规则波对透空式结构物的冲击作用。通过黎曼解和CSPM相结合的方法对连续方程和动量方程进行了修正。对造波边界采用虚粒子法模拟。提出了一种耦合计算方法来消除造波边界附近的压力波动现象,在结构物边界处设置了适合的冲击边界条件。应用修正的SPH模型模拟了规则波对浪溅区结构物的冲击作用,给出了结构物附近流场和压力场的变化特征,并应用物理模型试验结果对数值模型进行了验证。 展开更多
关键词 光滑粒子流体动力学 波浪冲击 数值水槽
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面向光滑粒子流体动力学(SPH)流体的湍流细节模拟 被引量:4
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作者 班晓娟 周靖 +2 位作者 王笑琨 刘斯诺 徐衍睿 《北京理工大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第8期847-854,共8页
研究基于光滑粒子流体动力学(smoothed particle hydrodynamics,SPH)方法的恢复涡流和湍流细节的方法,缓解因采用人工黏度而产生的数值耗散.根据由黏性力引起的动能损失率对离散点的涡度进行修正.通过流函数将涡度变化恢复到速度场,避... 研究基于光滑粒子流体动力学(smoothed particle hydrodynamics,SPH)方法的恢复涡流和湍流细节的方法,缓解因采用人工黏度而产生的数值耗散.根据由黏性力引起的动能损失率对离散点的涡度进行修正.通过流函数将涡度变化恢复到速度场,避免求解Biot-Savart积分这一耗时过程.该方法基于旋度计算,不仅可以增强现有的涡流,还可在潜在位置产生新的湍流,并且其易于集成到现有SPH方法中.实验证明,该方法可以逼真地模拟湍流细节,并实现不同强度水平的增强效果. 展开更多
关键词 光滑粒子流体动力学(SPH) 流体模拟 湍流 涡度
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基于光滑粒子流体动力学法的飞机风挡鸟撞失效破坏模拟 被引量:2
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作者 陈贺贺 原梅妮 +2 位作者 李立州 史明东 何小晶 《科学技术与工程》 北大核心 2018年第7期62-67,共6页
运用光滑粒子流体动力学(Smoothed Particle Hydrodynamics,SPH)方法模拟了鸟撞飞机风挡的过程,鸟体模型采用SPH法建立,风挡模型采用Lagrange法定义,鸟体以515 km/h、562 km/h和600 km/h的速度分别撞击风挡对称线上前1/3点。通过仿真模... 运用光滑粒子流体动力学(Smoothed Particle Hydrodynamics,SPH)方法模拟了鸟撞飞机风挡的过程,鸟体模型采用SPH法建立,风挡模型采用Lagrange法定义,鸟体以515 km/h、562 km/h和600 km/h的速度分别撞击风挡对称线上前1/3点。通过仿真模拟,获取了鸟体撞击风挡的应变、位移、应力曲线,风挡失效损伤演化过程,并与试验结果对比,证明所建鸟撞风挡有限元模型可以准确预测风挡的鸟撞动态响应。研究表明:鸟体撞击风挡对称线前1/3点时,风挡最大变形发生在风挡中间部位;风挡在弯曲作用下首先会在内表面发生失效破坏;撞速为600 km/h的风挡发生失效破坏后,在撞击区域形成多条与风挡对称线呈大约50°夹角的裂纹及少部分横向裂纹。 展开更多
关键词 光滑粒子流体动力学(SPH) 飞机风挡 鸟撞 数值模拟 失效破坏
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基于光滑粒子流体动力学数值仿真方法的武器系统冲击损伤虚拟试验
11
作者 李鹏飞 夏洪利 +2 位作者 侯川玉 周宇琦 缪海斌 《兵工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第S02期208-214,共7页
冲击损伤问题广泛存在于各类武器装备中并严重影响装备使用及寿命,目前针对冲击损伤的虚拟试验研究尚没有普遍适用的基础模型。围绕冲击损伤虚拟试验基础模型构建问题,对光滑流体动力学基本原理及其数值仿真方法在冲击损伤虚拟试验中的... 冲击损伤问题广泛存在于各类武器装备中并严重影响装备使用及寿命,目前针对冲击损伤的虚拟试验研究尚没有普遍适用的基础模型。围绕冲击损伤虚拟试验基础模型构建问题,对光滑流体动力学基本原理及其数值仿真方法在冲击损伤虚拟试验中的应用展开深入论述。构建改进的光滑粒子流体动力学(Smoothed Particle Hydrodynamics,SPH)数值计算模型,对物理模型的粒子化处理、材料边界处理等问题进行详细论述。对典型的刚性颗粒冲击铜靶板问题进行仿真计算,验证仿真可靠性和计算准确性,并对刚性颗粒不同棱角接触靶板的损伤情况进行对比分析,以充分说明SPH方法在冲击损伤虚拟试验中的适用性。 展开更多
关键词 冲击损伤 光滑粒子流体动力学 边界处理方法 虚拟试验 数值仿真
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基于光滑粒子流体动力学方法与GPU并行计算的阶梯流数值模拟 被引量:3
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作者 吴建松 许声弟 胡啸峰 《科学技术与工程》 北大核心 2016年第23期59-63,共5页
为了更好地模拟分析地下空间阶梯流动力学规律和提升数值计算效率,利用光滑粒子流体动力学方法(SPH),并借助GPU并行计算技术对地下空间阶梯流进行数值建模和计算。基于GPU并行化加速的SPH地下空间阶梯流模型的数值计算结果表明:该模型... 为了更好地模拟分析地下空间阶梯流动力学规律和提升数值计算效率,利用光滑粒子流体动力学方法(SPH),并借助GPU并行计算技术对地下空间阶梯流进行数值建模和计算。基于GPU并行化加速的SPH地下空间阶梯流模型的数值计算结果表明:该模型不仅计算获得较好的阶梯流流态,而且计算效率大幅度提高,比串行SPH模型和移动粒子半隐方法(MPS)模型快数百倍,为研究大尺度城市街区洪水提供了一个比较有前景的研究途径。 展开更多
关键词 地下空间 阶梯流 光滑粒子流体动力学 GPU并行计算
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基于光滑粒子流体动力学方法的溃坝水流模拟 被引量:7
13
作者 刘慧玲 李海桥 《人民长江》 北大核心 2019年第7期150-154,159,共6页
受全球气候变暖的影响,由极端天气引发的类似溃坝等问题发生的概率大大增加,深入研究溃坝水流的水动力特性势在必行。在分析光滑粒子流体动力学基本原理的基础上,提出了一种改进的边界处理方法,即将接近壁面的流体视为层流,在耦合动力... 受全球气候变暖的影响,由极端天气引发的类似溃坝等问题发生的概率大大增加,深入研究溃坝水流的水动力特性势在必行。在分析光滑粒子流体动力学基本原理的基础上,提出了一种改进的边界处理方法,即将接近壁面的流体视为层流,在耦合动力边界附近引入层流黏性近似边界层理论。采用该方法对溃坝水流进行数值模拟,将SPH数值模拟得到的外轮廓、自由液面高度以及压力与实验结果进行了比较和分析。结果表明:改进的边界处理方法较完整地得到了水流与壁面相互作用而产生的多种复杂的物理现象,其外部轮廓与实验非常吻合;自由表面融合过程中液面间冲击的能量耗散会导致融合后的液面高度存在一些差异;不同监测点处压力随时间的变化基本落在置信区间之内。数值模拟结果与实验结果吻合度较高,验证了改进方案的可靠性和计算结果的准确性。 展开更多
关键词 溃坝水流模拟 自由液面 耦合动力边界 光滑粒子流体动力学(SPH)
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二维光滑流体粒子动力学方法模拟契形体砰击(英文)
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作者 虞昊 司海龙 +1 位作者 胡嘉骏 李政杰 《船舶力学》 EI CSCD 北大核心 2014年第9期1086-1099,共14页
光滑流体粒子动力学方法是一个最近发展起来的用以模拟类似液仓晃荡和砰击等大变形和离散型问题的功能强大的方法。文章通过使用光滑流体粒子动力学方法,一个钝角契形体入水的速度与压力过程被成功模拟。通过将作者的光滑流体粒子动力... 光滑流体粒子动力学方法是一个最近发展起来的用以模拟类似液仓晃荡和砰击等大变形和离散型问题的功能强大的方法。文章通过使用光滑流体粒子动力学方法,一个钝角契形体入水的速度与压力过程被成功模拟。通过将作者的光滑流体粒子动力学数值模型与Zhao的物理实验结果作对比后证明该模型有效并被成功校核。 展开更多
关键词 光滑流体粒子动力学 契形体 砰击 数学模型 模拟
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基于修正剑桥模型的光滑粒子流体动力学的土柱崩塌模拟
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作者 周学君 陈丁 唐轶 《科学技术与工程》 北大核心 2017年第31期1-7,共7页
土柱崩塌是一种被广泛研究的岩土大变形模型。考虑非关联流动法则的修正剑桥(MCC)模型描述土体行为;并将其导入光滑粒子流体动力学(SPH)算法来模拟土柱崩塌。在算法设计中,利用有限元方法中常用的中心回映算法来计算应力积分,以提高算... 土柱崩塌是一种被广泛研究的岩土大变形模型。考虑非关联流动法则的修正剑桥(MCC)模型描述土体行为;并将其导入光滑粒子流体动力学(SPH)算法来模拟土柱崩塌。在算法设计中,利用有限元方法中常用的中心回映算法来计算应力积分,以提高算法的精度。应用所设计的SPH算法模拟初始高宽比分别为1.5、3和5.5的土柱崩塌模型;并与实验结果比较,表明SPH算法在研究土柱崩塌问题的可靠性。 展开更多
关键词 土柱崩塌 光滑粒子流体动力学(SPH) 修正剑桥(MCC)模型 非关联流动法则 中心回映算法
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基于光滑粒子流体动力学的旋耕切土数值模拟 被引量:2
16
作者 钟嘉雄 任述光 吴明亮 《湖南农业大学学报(自然科学版)》 CAS CSCD 北大核心 2022年第6期744-748,共5页
为明确ⅠT245型旋耕刀(刀座式)切割重黏土过程,基于光滑粒子流体动力学(SPH)方法对旋耕刀-土壤进行建模,运用ANSYS/LS-DYNA软件进行仿真,分析单个旋耕刀在刀盘转速200 r/min、机具前进速度0.6 m/s、耕深0.12m工况下的切土扭矩情况,仿真... 为明确ⅠT245型旋耕刀(刀座式)切割重黏土过程,基于光滑粒子流体动力学(SPH)方法对旋耕刀-土壤进行建模,运用ANSYS/LS-DYNA软件进行仿真,分析单个旋耕刀在刀盘转速200 r/min、机具前进速度0.6 m/s、耕深0.12m工况下的切土扭矩情况,仿真平均扭矩为5.84N·m,以库伦定理和朗肯土压力理论为依据计算的理论平均扭矩为6.42N·m,二者误差为8.98%。分别使用理论方法和有限元方法,以机具前进速度、刀盘转速和耕深为影响因素,以比功为评价指标,进行正交旋转组合试验,得到旋耕比功与机具前进速度、刀盘转速及耕深的回归方程,表明在符合农艺要求的情况下,应尽可能选择较大的机具前进速度和耕深,较小的刀盘转速。 展开更多
关键词 刀座式旋耕刀 土壤切削 数值模拟 光滑粒子流体动力学
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基于光滑粒子流体动力学(SPH)方法的环模制粒成型数值模拟方法研究 被引量:1
17
作者 孙万峰 王禹 +1 位作者 孙宇 武凯 《饲料工业》 CAS 北大核心 2022年第17期9-14,共6页
环模制粒是饲料工业、生物质能源等领域广泛采用的工艺,其核心是单个模孔内物料的非连续挤压成形过程。针对饲料粉体、秸秆颗粒等松散物料环模制粒过程的非连续多次压制特征,提出了一种基于光滑粒子流体动力学(SPH)方法的环模制粒成形... 环模制粒是饲料工业、生物质能源等领域广泛采用的工艺,其核心是单个模孔内物料的非连续挤压成形过程。针对饲料粉体、秸秆颗粒等松散物料环模制粒过程的非连续多次压制特征,提出了一种基于光滑粒子流体动力学(SPH)方法的环模制粒成形数值模拟方法,并针对单个模孔内物料的多次压制过程进行了仿真分析,研究了成型过程中物料的流动情况、密度变化情况以及多次挤压对压制力和颗粒密度的影响,并将仿真结果与已有研究中的结论相对比。结果表明,该成型过程经过4次压制后进入稳定状态;在进入稳定挤压状态前,模孔入口处物料的密度更大。该方法可应用于饲料粉体、秸秆颗粒等松散物料的模压成型数值模拟中。 展开更多
关键词 环模制粒机 单孔压制 非连续压制 光滑粒子流体动力学 数值模型
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基于光滑粒子流体动力学方法的空间液桥实验实时模拟
18
作者 王萌 郭丽丽 于歌 《计算机应用》 CSCD 北大核心 2015年第A02期208-211,共4页
针对微重力环境下流体动态模拟的逼真度和效率问题,提出一种基于光滑粒子流体动力学(SPH)方法的空间液桥实验实时模拟方法。首先,借助计算机图形学和计算几何学的理论基础,结合空间液桥实验装置的三维模型,渲染了虚拟液桥实验的三维场景... 针对微重力环境下流体动态模拟的逼真度和效率问题,提出一种基于光滑粒子流体动力学(SPH)方法的空间液桥实验实时模拟方法。首先,借助计算机图形学和计算几何学的理论基础,结合空间液桥实验装置的三维模型,渲染了虚拟液桥实验的三维场景;其次,基于SPH方法建立液桥无网格的粒子模型,分析粒子在微重力条件下受力的特殊性,结合实验液体的密度、粘滞度等物理特性以及在微重力条件下的动态特性,模拟了空间中随实验操作的液桥形态变化过程;最后,仿真结果表明,该方法实现了微重力条件下液桥实验的实时动态模拟,并可应用于其他空间流体的动态仿真。 展开更多
关键词 场景渲染 光滑粒子流体动力学 流体仿真 微重力 液桥实验
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一种光滑粒子流体动力学-有限元法转换算法及其在冲击动力学中的应用 被引量:11
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作者 张志春 强洪夫 高巍然 《西安交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第1期105-110,共6页
为了解决冲击动力学中的大变形问题,提出了一种光滑粒子流体动力学-有限元法(SPH-FEM)转换算法,以等效Mises应力作为转换判据,将冲击过程中局部大变形区域的有限元网格转换为SPH粒子.该算法在大变形区域使用具有优势的SPH,在小变形区域... 为了解决冲击动力学中的大变形问题,提出了一种光滑粒子流体动力学-有限元法(SPH-FEM)转换算法,以等效Mises应力作为转换判据,将冲击过程中局部大变形区域的有限元网格转换为SPH粒子.该算法在大变形区域使用具有优势的SPH,在小变形区域使用精度和效率更高的FEM,为冲击动力学问题的数值计算提供了一条有效途径.使用SPH-FEM转换算法对圆柱形钢弹正冲击钢板发生冲塞破坏的过程进行了三维数值计算,计算结果与实验吻合较好,显示了该算法在计算精度方面的优势.在实际工程中,需要根据具体材料的失效模式,选择更加合适的转换判据. 展开更多
关键词 光滑粒子流体动力学 有限元法 转换算法 冲击
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光滑粒子流体动力学方法的高效异构加速 被引量:5
20
作者 王迎瑞 黎雷生 +1 位作者 王景焘 田荣 《计算机学报》 EI CSCD 北大核心 2017年第9期2040-2056,共17页
目前,光滑粒子流体动力学方法的GPU加速几乎都是基于简化的Euler控制方程,完整的Navier-Stokes方程的GPU实现非常少,且对其困难、优化策略、加速效果的描述较为模糊.另一方面,CPU-GPU协同方式深刻影响着异构平台的整体效率,GPU加速模型... 目前,光滑粒子流体动力学方法的GPU加速几乎都是基于简化的Euler控制方程,完整的Navier-Stokes方程的GPU实现非常少,且对其困难、优化策略、加速效果的描述较为模糊.另一方面,CPU-GPU协同方式深刻影响着异构平台的整体效率,GPU加速模型还有待进一步探讨.文中的目的是将自主开发的、基于Navier-Stokes方程的SPH应用程序petaPar在异构平台上进行高效加速.文中首先从数学公式的角度分析了Euler方程和NavierStokes方程的计算特征,并总结了Navier-Stokes方程在GPU加速中面临的困难.由于Euler方程只含有简单的标量和向量计算,是典型的适合GPU的计算密集轻量级kernel;而完整形式的Navier-Stokes方程涉及复杂的材料本构和大量张量计算,需要面对GPU上大kernel带来的系列问题,如访存压力、cache不足、低占用率、寄存器溢出等.文中通过减少粒子属性、提取操作到粒子更新、利用粒子的重用度、最大化GPU占用率等策略对Navier-Stokes方程的粒子交互kernel进行优化,具体实现见5.1节.同时,文中调研了三种GPU加速模型:热点加速、全GPU加速以及对等协同,分析了其开发投入、应用范围、理论加速比等,并深入探讨了对等协同模型的通信优化策略.由于通信粒子的不连续分布,GPU端通信粒子的抽取、插入、删除等操作本质上是对不连续内存的并行操作,会严重影响CPU-GPU的同步效果,而相关文献对此问题没有阐述.我们通过改进粒子索引规则解决此问题:粒子排序时不仅考虑网格编号,还要考虑网格类型,具体实现见5.2.3节.基于Euler方程和Navier-Stokes方程实现并分析了三种GPU加速模型.测试结果显示,三种模型下,Euler方程分别获得了8倍、33倍、36倍的加速,Navier-Stokes方程分别获得了6倍、15倍、20倍的加速.全GPU加速均突破了热点加速的加速比理论上限,对等协同比之全GPU加速又可以获得进一步提高.特别是对于Navier-Stokes方程,采用文中的kernel优化策略及对等协同模型,最终在异构平台上实现了20倍的整体加速.针对Navier-Stokes方程的对等协同版本这一应用范围最广、加速效果最好的实现,在Titan超级计算机的6个和1024个异构计算节点上进行了强、弱可扩展性测试,分别获得了67.1%和75.2%的并行效率. 展开更多
关键词 CPU—GPU耦合计算 热点加速 全GPU加速 对等协同 粒子模拟 光滑粒子流体动力学 petaPar
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