【技术实现步骤摘要】
一种基于B样条映射函数物质点法的冲击波变步长求解方法
本专利技术属于冲击波流场求解方法
，特别是一种基于B样条映射函数物质点法的冲击波变步长求解方法。
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。目前，广泛地采用有限体积法求解冲击波流场，该方法严重地依赖网格，网格划分占整体工作量的比重过大，当计算物体的形状较为复杂时会造成网格扭曲、负体积网格等，造成计算出现奇异解进而发散。且在求解波面两侧的间断时...
【技术保护点】
1.一种基于B样条映射函数物质点法的冲击波变步长求解方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤1、建立B样条映射函数：推导出B样条插值函数及其导数；/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、计算当前计算步的时间步长；/n步骤5、利用物质点法求解冲击波问题；/n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。/n
【技术特征摘要】
1.一种基于B样条映射函数物质点法的冲击波变步长求解方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、建立B样条映射函数：推导出B样条插值函数及其导数；
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、计算当前计算步的时间步长；
步骤5、利用物质点法求解冲击波问题；
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所述的一种基于B样条插值物质点法的冲击波变步长求解方法，其特征在于，步骤1建立B样条插值函数及其导数分别为：
其中Ni,p为物质点p和网格节点i之间的映射函数，xp为物质点的全局坐标，xi为网格节点的全局坐标，L为网格长度。
3.根据权利要求1所述的一种基于B样条插值物质点法的冲击波变步长求解方法，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所述的一种基于B样条插值物质点法的冲击波变步长求解方法，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，对于固壁边界来说，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；设置冲击波计算的总时长。
5.根据权利要求1所述的一种基于B样条插值物质点法的冲击波变步长求解方法，其特征在于，步骤4计算当前计算步的时间步长，基于稳定性条件和设置的库朗数，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，np为物质点总数。
6.根据权利要求1所述的一种基于B样条插值物质点法的冲击波变步长求解方法，其特征在于，步骤5利用物质点法求解冲击波问题，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；
步骤5.2：计算网格节点力为：
...
【专利技术属性】
技术研发人员：钱林方，陈光宋，周梦笛，陈龙淼，徐亚栋，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
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