冲击波求解的改进MUSL格式物质点法制造技术

本发明专利技术提出了一种冲击波求解的改进MUSL格式物质点法，首先改进传统MUSL格式中的动量修正步骤；然后建立冲击波流场模型，对冲击波流场进行离散化处理；再给定冲击波流场的初始条件与边界条件，设置计算总长；接着基于稳定性条件计算当前计算步的时间步长；基于冲击波求解的改进MUSL格式物质点法求解冲击波流场；最后对冲击波流场进行可视化处理。本发明专利技术提出的方法能避免欧拉法中对流项处理困难的问题和拉格朗日法中的网格畸变问题，相比于传统的MUSL格式，本发明专利技术可有效地减少物质点穿越网格时的噪声，对形函数的精度要求更低，鲁棒性和稳定性更强，计算效率更高，计算能耗更少，可为工程中冲击波的求解提供一种新方法。

【技术实现步骤摘要】
冲击波求解的改进MUSL格式物质点法
本专利技术属于冲击波流场求解方法
，特别是一种冲击波求解的改进MUSL格式物质点法。
技术介绍
冲击波是一种不连续的峰在流体介质中的传播，导致流场的压力、温度、密度等物理性质发生阶跃式变化。其在工程中广泛地存在，例如高速列车运行时形成列车冲击波、矿山爆破、防爆车辆等，可能造成人员的伤亡和设备的损坏。随着计算机技术的发展，CFD技术逐渐被应用于冲击波的仿真模拟，通过数值计算冲击波的传播过程，得到其对流场的扰动作用，进而可为其作用对象的气动载荷计算提供计算参数。此外，冲击波问题是CFD的经典算例之一，波前和波后流场的密度、压力等参数都呈现间断性，这些间断问题的求解一直是CFD发展的难点和核心问题。因此，探究一种新型的冲击波求解方法具有广泛的工程价值。物质点法是一种混合了拉格朗日法和欧拉法的数值计算方法，已经被广泛地应用于固体结构中的高速冲击问题和爆炸问题求解。该方法用物质点来离散物体，相关物理参数均由物质点携带，背景网格仅用于积分动量方程和求解梯度，因而只需简单地生成覆盖计算域的结构网格即可。物质本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种冲击波求解的改进MUSL格式物质点法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤1、改进传统MUSL格式中的动量修正步骤：基于当前时间步的形函数将下一时间步的物质点动量映射到网格节点上，得到修正后的下一时刻网格节点动量，取消传统MUSL格式中的动量修正步，基于下一时间步的物质点位置计算形函数，同时将下一时间步的物质点质量和动量映射到网格节点上；/n步骤2、建立冲击波流场模型，对冲击波流场进行离散化处理：划分背景网格并布设物质点；/n步骤3、给定冲击波流场的初始条件与边界条件，设置计算总长；/n步骤4、基于稳定性条件计算当前计算步的时间步长；/n步骤5、基于冲击波求解的改进MUSL格式物质点法求...

【技术特征摘要】
1.一种冲击波求解的改进MUSL格式物质点法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、改进传统MUSL格式中的动量修正步骤：基于当前时间步的形函数将下一时间步的物质点动量映射到网格节点上，得到修正后的下一时刻网格节点动量，取消传统MUSL格式中的动量修正步，基于下一时间步的物质点位置计算形函数，同时将下一时间步的物质点质量和动量映射到网格节点上；
步骤2、建立冲击波流场模型，对冲击波流场进行离散化处理：划分背景网格并布设物质点；
步骤3、给定冲击波流场的初始条件与边界条件，设置计算总长；
步骤4、基于稳定性条件计算当前计算步的时间步长；
步骤5、基于冲击波求解的改进MUSL格式物质点法求解冲击波流场；
步骤6、对冲击波流场进行可视化处理：输出流场的密度、压力参数。


2.根据权利要求1所述的冲击波求解的改进MUSL格式物质点法，其特征在于，步骤1改进传统MUSL格式中的动量修正步骤，得到修正后的网格节点质量和动量为：






其中为网格节点i在下一计算步中的质量，为网格节点i在下一计算步中的动量，mp为物质点质量，为物质点p在下一计算步中的速度，为下一计算步中网格节点i与物质点p之间的映射函数。


3.根据权利要求1所述的冲击波求解的改进MUSL格式物质点法，其特征在于，步骤2建立冲击波流场模型，对冲击波流场进行离散化处理，对流场的边界进行几何清洗并建立拓扑，用均匀的结构网格覆盖整个计算域生成背景网格，在边界外侧至少生成一层网格作为虚网格，并在冲击波的计算范围内均匀地布设物质点。


4.根据权利要求1所述的冲击波求解的改进MUSL格式物质点法，其特征在于，步骤3给定冲击波流场的初始条件与边界条件，设置计算总长，给定初始时刻各个物质点的密度压力速度计算出初始时刻各个物质点的体积物质点质量mp、内能









其中VΩ是整个冲击波流场的体积，np为物质点总数，γ为气体比热比；
在背景网格上施加边界条件，对于固壁边界，边界处的网格和边界外的虚网格速度、动量、节点力始终为0。


5.根据权利要求1所述的冲击波求解的改进MUSL格式物质点法，其特征在于，步骤4基于稳定性条件计算当前计算步的时间步长，设置的库朗数，计算出当前计算步的时间步长为：






其中Δtt为当前计算步的时间步长，CCFL为库朗数，为物质点p当前时刻的声速，分别为物质点p在当前计算步中沿x、y、z方向的速度，为物质点p在当前计算步中的密度，为物质点p在当前计算步中的压力，γ为气体比热比，L为网格长度，np为物质点总数。


6.根据权利要求1所述的冲击波求解的改进MUSL格式物质点法，其特征在于，步骤5基于冲击波求解的改进MUSL格式物质点法求解冲击波流场，包括：
步骤5.1、将物质点参数映射到网格节点上，得到网格节点的质量和动量为：






其中为网格节点i在当前计算步中的质量，为网格节点i在当前计算步中的动量，为物质点p在当前计算步中的速度，为当前计算步中网格节点i与物质点p之间的映射函数，mp为物质点质量；
步骤5.2、计算网格节点力为：



其中fit为网格节点i在当前计算步中...

【专利技术属性】
技术研发人员：钱林方，陈龙淼，周梦笛，徐亚栋，陈光宋，邹权，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32