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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
1
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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飞机轮胎-湿滑道面相互作用SPH算法仿真分析 被引量：2
2
作者 蔡靖 黄钰岱 +2 位作者 李琪 李岳 戴轩 《北京航空航天大学学报》 北大核心 2025年第1期53-62,共10页
针对飞机在湿滑道面上的滑水问题,采用光滑粒子流体动力学(SPH)算法建立了飞机轮胎-湿滑道面有限元模型,与流固耦合算法(CEL)模型进行对比,显示了SPH算法的优越性,进而分析了不同轮胎速度及水膜厚度对轮胎与湿滑道面相互作用的影响规律... 针对飞机在湿滑道面上的滑水问题,采用光滑粒子流体动力学(SPH)算法建立了飞机轮胎-湿滑道面有限元模型,与流固耦合算法(CEL)模型进行对比,显示了SPH算法的优越性,进而分析了不同轮胎速度及水膜厚度对轮胎与湿滑道面相互作用的影响规律。结果表明,SPH模型得到的临界滑水速度与CEL模型结果相差不超过5%;舰首波、侧向羽流等流体特征更为明显立体;平均运算效率较CEL模型提高36.5%。利用SPH模型分析可得,道面支撑力随轮胎速度增加呈先平缓下降再急速下降的趋势,水膜厚度为3~13 mm时,急速下降段所在轮胎速度区间为170~260 km/h,基本处于A320飞机的着陆滑跑速度范围内,应增强对飞机滑水事故风险的防范;位移阻力随着轮胎速度增加呈先增大后减小的趋势,且在轮胎达到临界滑水速度时取得最大值,进而提出利用位移阻力最大值确定临界滑水速度的方法;侧向羽流最大溅水高度随轮胎速度增加呈先升高后降低的趋势,在接近临界滑水速度时达到最大值;舰首波最大溅水高度低于侧向羽流最大溅水高度,且随轮胎速度增加而降低,达到临界滑水速度时舰首波接近消失,2种溅水特征的最大溅水高度值均低于A320飞机发动机的最小离地高度0.680 m,不会对发动机产生影响。 展开更多
关键词 交通运输工程 轮胎-道面相互作用 光滑粒子流体动力学算法 临界滑水速度 道面支撑力 位移阻力 溅水高度
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两种数值算法在球形弹丸侵彻复合靶中的应用 被引量：1
3
作者 周楠 王金相 +1 位作者 谢君 彭楚才 《南京理工大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第2期210-215,221,共7页
分别采用有限元法(FEM)和有限元同光滑粒子耦合(FE/SPH)算法对球形弹丸侵彻复合靶板过程进行数值研究。采用14.5 mm滑膛枪发射直径6 mm的钢质球形弹丸侵彻不同组合的钢/铝爆炸复合靶,通过弹道实验对数值算法的有效性进行验证。讨论了2... 分别采用有限元法(FEM)和有限元同光滑粒子耦合(FE/SPH)算法对球形弹丸侵彻复合靶板过程进行数值研究。采用14.5 mm滑膛枪发射直径6 mm的钢质球形弹丸侵彻不同组合的钢/铝爆炸复合靶,通过弹道实验对数值算法的有效性进行验证。讨论了2种数值算法描述实验现象和结果的适用性,分析了靶板的破坏模式、层数、面密度和组合方式对靶板弹道性能的影响。结果表明:FEM算法较FE/SPH耦合算法能更直观地再现靶板层间结合界面的拉伸破坏形貌,且对实验结果的定量描述比FE/SPH耦合算法更接近实验结果,Tie-Break模型能够有效地反映靶板层间结合强度的影响;在球形弹丸的侵彻作用下,面板和夹板发生剪切冲塞破坏,铝背板发生延性扩孔破坏,钢背板发生瓣状破坏;在面密度相同的情况下,钢/铝/钢3层靶板具有最佳的抗侵彻性能。 展开更多
关键词 冲击动力学 爆炸复合靶 有限元同光滑粒子耦合算法 弹道性能 破坏模式
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蜂窝夹层板超高速撞击SPH仿真初探 被引量：3
4
作者 贾光辉 黄海 《弹箭与制导学报》 CSCD 北大核心 2004年第S7期145-147,共3页
提出了对蜂窝芯层进行SPH离散化的平移阵列法,可形成蜂窝芯层的SPH几何模型数据。采用LS—DYNA软件的SPH功能,对蜂窝夹层板超高速撞击过程进行了仿真研究。仿真结果显示,蜂窝芯层限制了碎片云的径向飞散,改变了碎片云的形态。
关键词 超高速撞击 数值仿真 光滑粒子算法(SPH) 蜂窝夹层板
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超高速撞击模拟计算实践 被引量：1
5
作者 贾光辉 黄海 《弹箭与制导学报》 CSCD 北大核心 2004年第S5期142-144,共3页
以具体的有试验结果和仿真结果的超高速算例为统一的标准算例.采用 LS—DYNA 软件的几种算法,进行了超高速计算实践,结果表明,SPH 方法是一种最为有效的方法,其次是拉格朗日自适应有限元算法,而纯粹的拉格朗日方法和欧拉方法在解决此问... 以具体的有试验结果和仿真结果的超高速算例为统一的标准算例.采用 LS—DYNA 软件的几种算法,进行了超高速计算实践,结果表明,SPH 方法是一种最为有效的方法,其次是拉格朗日自适应有限元算法,而纯粹的拉格朗日方法和欧拉方法在解决此问题时效果不好。 展开更多
关键词 超高速撞击 碎片云 数值模拟 光滑粒子算法
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基于广义波阻抗梯度飞片的准等熵压缩技术 被引量：3
6
作者 陈子博 谢普初 +2 位作者 刘东升 陈伟 王永刚 《爆炸与冲击》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第4期50-58,共9页
基于变截面杆的波传播特性,设计了一种"针床型"广义波阻抗梯度飞片,即在圆薄片基座上密排叠加许多犹如针尖的小正四棱锥。采用LS-DYNA软件中SPH算法对广义波阻抗梯度飞片高速击靶过程进行了数值计算,结果显示:在飞片击靶过程... 基于变截面杆的波传播特性,设计了一种"针床型"广义波阻抗梯度飞片,即在圆薄片基座上密排叠加许多犹如针尖的小正四棱锥。采用LS-DYNA软件中SPH算法对广义波阻抗梯度飞片高速击靶过程进行了数值计算,结果显示:在飞片击靶过程中,每一个小正四棱锥台可以看作"点"式加载脉冲源,产生一系列具有缓慢上升前沿的近似球面波,球面波相互叠加得到具有缓慢上升前沿的平面加载波形,从而实现对靶板准等熵压缩加载。在数值计算中详细讨论了飞片击靶速度、飞片几何特征参数对准等熵压缩加载特性的影响规律,为广义波阻抗梯度飞片的设计与应用提供指导。基于数值计算结果,采用激光选区烧结金属增材制造技术,制备了一种广义阻抗梯度飞片样品,在一级气炮上进行击靶实验,实测了靶板自由面速度时程曲线,波形呈现了准等熵压缩加载特性,并与计算结果进行了对比,两者基本一致,从而验证了广义波阻抗梯度飞片结构设计的可行性以及数值计算结果的可靠性。 展开更多
关键词 广义波阻抗梯度飞片 准等熵压缩加载 光滑粒子算法 金属增材制造技术
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层合板受鸟撞冲击过程的数值模拟 被引量：1
7
作者 童谣 剡小军 +3 位作者 刘扬 赵帅磊 鞠殿伟 曲嘉 《地震工程与工程振动》 CSCD 北大核心 2019年第6期27-31,共5页
近年来,经济的高速发展使人们寻求更快捷的出行方式和运输方式,飞机的方便快捷使其被大力发展,其安全问题也被人们关注并提上研究日程。基于SPH的方法,使用ANSYS/LSDYNA软件建立了鸟撞层合板的仿真模型,通过仿真分析了鸟撞的四个阶段... 近年来,经济的高速发展使人们寻求更快捷的出行方式和运输方式,飞机的方便快捷使其被大力发展,其安全问题也被人们关注并提上研究日程。基于SPH的方法,使用ANSYS/LSDYNA软件建立了鸟撞层合板的仿真模型,通过仿真分析了鸟撞的四个阶段,首先研究了临界速度前鸟体初始速度与层合板的接触力及鸟体损伤能量的变化情况,然后对比了鸟体损失能量与鸟体质量的关系。结果表明当冲击速度小于临界速度时,接触力峰值随鸟体速度的增大而增加,速度的变化与鸟体损失能量之间呈抛物线关系。 展开更多
关键词 复合材料 鸟撞 数值模拟 峰值载荷 光滑粒子算法
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基于SPH法的土壤切削刀具三维数值模拟及优化 被引量：12
8
作者 姜涛 张宪 +2 位作者 乔欣 章劲 蒋建东 《机电工程》 CAS 2009年第6期44-46,共3页
为优化刀具结构,减小土壤切削的功耗,采用大型动力学软件LS-DYNA中的光滑粒子流体动力学(SPH)求解器,结合MAT147材料模型就松土刀具对土壤的切割过程进行了三维动态仿真。建立了反旋凿切的数值模拟模型;并结合正交试验法对松土铲耕作条... 为优化刀具结构,减小土壤切削的功耗,采用大型动力学软件LS-DYNA中的光滑粒子流体动力学(SPH)求解器,结合MAT147材料模型就松土刀具对土壤的切割过程进行了三维动态仿真。建立了反旋凿切的数值模拟模型;并结合正交试验法对松土铲耕作条件进行了仿真。仿真结果表明:利用SPH方法对土壤材料进行大应变、高应变率的变形计算是有效的;定性地得到了耕宽与耕深的关系,且结合相关理论将可以更全面合理地对松土铲刀具结构进行优化。 展开更多
关键词 光滑粒子流体动力学算法 核函数 光滑长度 松土铲
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基于SPH-FEM手指模型的皮肤摩擦行为分析 被引量：3
9
作者 陈思 乔筱祺 +3 位作者 李天博 王颢 杨佳楠 王冬青 《排灌机械工程学报》 EI CSCD 北大核心 2019年第12期1067-1071,共5页
针对基于传统有限元算法(FEM)的手指模型并不能很好地模拟皮肤大变形的问题,提出了一种基于有限元和光滑粒子动力学耦合算法(SPH-FEM)的手指建模方法,以保证模型在大变形和极端变形情况下的适应性.由于该方法本身具有的"无网格&qu... 针对基于传统有限元算法(FEM)的手指模型并不能很好地模拟皮肤大变形的问题,提出了一种基于有限元和光滑粒子动力学耦合算法(SPH-FEM)的手指建模方法,以保证模型在大变形和极端变形情况下的适应性.由于该方法本身具有的"无网格"特性,其对皮肤组织表现出流固双相特性的模拟上对比传统的FEM方法具有天然优势.建立了基于SPH-FEM手指建模方法的手指模型,进行尖刺刺入仿真试验和平板摩擦仿真试验,考察皮肤的应力应变.为了验证SPH-FEM手指建模方法的合理性和有效性,对基于SPH-FEM手指模型与基于FEM手指建模方法进行比较.结果表明,SPH-FEM手指模型在整体形变趋势上与FEM手指模型较为一致,并且在应对大变形时响应速度相较于FEM手指模型明显加快,但存在一定的滞后性;SPH-FEM手指模型在小变形时的精度稍显不足. 展开更多
关键词 生物流体 有限元和光滑粒子动力学耦合算法 手指模型 有限元分析 摩擦
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考虑物理性质参数变化的膨润土缓冲材料水-热耦合SPH数值解 被引量：3
10
作者 许韬 白冰 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第10期3853-3862,共10页
为了研究热源温度和外界水压对缓冲层中水-热迁移规律的影响,以GMZ膨润土为例,从基于势能的非饱和土的水-热迁移控制方程出发,考虑了蒸发效应的影响,得到了水-热耦合的方程组,采用改进的光滑粒子流体动力学(SPH)算法,能够对每一处土体... 为了研究热源温度和外界水压对缓冲层中水-热迁移规律的影响,以GMZ膨润土为例,从基于势能的非饱和土的水-热迁移控制方程出发,考虑了蒸发效应的影响,得到了水-热耦合的方程组,采用改进的光滑粒子流体动力学(SPH)算法,能够对每一处土体根据不同时刻的不同状态实时更新计算参数,得到参数变化的水-热耦合解。计算结果表明:土的物理性质参数与土体的温度和饱和度密切相关,是否考虑这些参数的变化会对计算结果产生较大影响;核废料释放的热量能够在较短的时间内扩散到外边界,水分迁移的速度则相对慢很多;缓冲层温度的升高会加快水分的迁移速度,外界水压对温度的分布则影响较小。 展开更多
关键词 缓冲材料 非饱和土 水-热耦合 光滑粒子流体动力学(SPH)算法
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