改进的多物质欧拉输运方法技术

现有输运方法并没有确定两种物质的输运顺序，而这却是欧拉型计算方法的关键问题，本发明专利技术提出了改进的多物质欧拉输运方法：贡献网格为纯网格时，无论接受网格为混合网格还是纯网格，直接按照相应x、y、z方向的物质输运体积进行输运，在贡献网格中减去，接受网格中加上，在一个时间步输运完成之后，需要对网格中的一些物理量进行特殊处理，以便进行下一个时间步的物质输运工作；贡献网格为混合网格时，首先改进杨氏界面方法，增加物质输运次序的计算内容，然后按照改进的杨氏界面方法确定混合网格中物质的界面，最后采用与纯网格类似的输运方法进行物质输运。本发明专利技术根据改进的界面方法确定的物质界面更加符合客观实际，物质界面处理精度也相应提高，采用这种方法将会较好地解决物质输运难题。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种。
技术介绍
在常规兵器、工程爆破、爆炸加工和冲击工程、安全防护等军事和民用领域中，涉及大量的爆炸与冲击等非线性瞬态动力学问题。在爆炸或冲击等动载荷作用下，要把通常的固体当作兼有流体性质和弹塑性固体性质的连续介质。各种爆炸冲击问题是一个复杂的流体弹塑性问题。多物质欧拉输运方法广泛应用于多物质流体动力学问题的数值计算中，对于此类 大变形问题，欧拉方法具有很大的优势，在欧拉方法中，坐标系是固定的，网格不变形，每一种物质在网格边界可以流进流出，因此，欧拉方法能处理大变形问题。当计算域中含有多种物质的时候，会出现含有两种或两种以上物质的网格，这种网格称为混合网格。两种物质之间的分界面称为物质界面，准确地跟踪物质界面是计算各种物质输运量的基础。只有确定了物质界面的位置，才能准确地计算出通过混合网格边界的输运量。另外，由于欧拉方法采用一些高精度的物质界面处理技术，它的应用已经有了很大发展，但很难精确地描述物质之间的界面，所以界面处理的精度问题一直是欧拉方法的关键内容。杨氏界面方法并没有确定两种物质的输运顺序，而这却是欧拉型计算方法的关键问题。
技术实现思路
贡献网格为纯网格时，无论接受网格为混合网格还是纯网格，直接按照相应x、y、z方向的物质输运体积进行输运，在贡献网格中减去，接受网格中加上，在一个时间步输运完成之后，需要对网格中的一些物理量进行特殊处理，以便进行下一个时间步的物质输运工作；贡献网格为混合网格时，首先改进杨氏界面方法，增加物质输运次序的计算内容，然后按照改进的杨氏界面方法确定混合网格中物质的界面，最后采用与纯网格类似的输运方法进行物质输运。本专利技术根据改进的界面方法确定的物质界面更加符合客观实际，物质界面处理精度也相应提高，采用这种方法将会较好地解决物质输运难题。具体实施例方式在X方向，设有网格(i, j,k)、(i+1, j, k)，当网格(i，j，k)右边界速度ui+1/2,j,k >O,则(i, j, k)为贡献网格，(i+1, j, k)为接受网格,反之，(i+1, j, k)为贡献网格。y、z方向的情况与X方向类似。在Euler步中，贡献网格无论是纯网格还是混合网格，均采用一维输运算法，X、1、Z方向交替输运，以保证格式的精度及稳定性。首先以X方向为例，记贡献网格及接受网格分别记为(id，j，k)、(i。，j，k)，计算出X方向的总输运体积AV:AV= Δ t · s · ui+1/2, j,k ⑴式中At是时间步长，s是相应X方向的输运面积，同理可以得出y、z方向的总输运体积。(I)贡献网格为纯网格时的物质输运无论接受网格为混合网格还是纯网格，直接按照相应x、y、z方向的Λ V进行输运。在贡献网格中减去，接受网格中加上。在一个时间步输运完成之后，需要对网格中的一些物理量进行特殊处理，以便进行下一个时间步的物质输运工作。网格标志处理如下当网格中的物质体积小于规定的数值时，标志函数取0，表示该网格不含有这种物质；如果大于规定的数值，则标志函数值为1，然后再进一步判断是否有其它物质，决定是纯网格还是混合网格。(2)贡献网格为混合网格时的物质输运在三维数值计算中，利用贡献网格及其周围26个网格的某物质体积份额来确定贡献网格中物质的界面。贡献网格中物质界面被近似地用一个平面来表示。该平面的法线方向由贡献网格周围26个网格体积份额的分布来确定。界平面的法线方向确定后，再根据贡献网格中的某物质体积份额确定平面的位置。物质界面构造出来后，就可以计算从贡献 网格向接受网格输运的各物质体积。由此看出，该方法并没有确定两种物质的输运顺序，而这却是欧拉型计算方法的关键问题。针对以上三维Youngs方法存在的问题，为提高物质界面处理精度，在本专利技术中，对其进行如下改进在以上所确定的物质界面的基础上，按以下方法确定两种物质的输运次序，可以较为精确地解决混合网格的物质输运问题。当沿X 轴正向输运时,设 V11 = Vratio (id-1, j, k, I)，Vrl = Vratio(ic, j, k, I)，V12 =Vratio(id-1, j, k，2)，Vr2 = Vratio(ic, j, k，2)，V11、Vrl、V12 和 Vr2 分别为左边相临网格 I 物质、右边相临网格I物质、左边相临网格2物质和右边相临网格2物质体积比。某物质的体积比是指网格中某物质的体积除以网格总体积所得到的百分比。如果V11大于Epsv则I11 = 1，否则，I11 = O0如果Vrt大于Epsv则Irt = 1，否则，Irl=Oo如果V12大于Epsv则I12 = I,否则，I12 = Oo如果Vr2大于Epsv则Ir2 = I，否则，Ir2 =O。Epsv为体积比误差限。定义如下两个变量(sgn为符号函数)L1 = I11 · Sgn(Vrl-V11) (2)R1 = Irl · Sgn(Vrl-V11) (3)L2 = I12 · Sgn(Vr2-V12) (4)R2 = Ir2 · sgn (Vr2-V12) (5)根据LpRpL2和R2的值，作出如表I所示的五种输运构型。这五种构型的输运优先级顺序为从高到低，即①>@>③>@>⑤。例如，若I物质属于构型③，2物质输运构型⑤，则I物质的输运优先级大于2物质，因此在输运时，优先输运I物质的输运量，不足部分以2物质进行补充。表I物质输运构型表本文档来自技高网...

【技术保护点】
改进的多物质欧拉输运方法，整个算法由以下步骤组成：贡献网格为纯网格时，无论接受网格为混合网格还是纯网格，直接按照相应x、y、z方向的输运体积进行输运，在贡献网格中减去，接受网格中加上，在一个时间步输运完成之后，需要对网格中的一些物理量进行特殊处理，以便进行下一个时间步的物质输运工作；贡献网格为混合网格时，首先按照改进的杨氏界面方法确定混合网格中物质的界面，然后采用与纯网格类似的输运方法进行输运，其特征在于采用了改进的杨氏界面方法。

【技术特征摘要】
1.改进的多物质欧拉输运方法，整个算法由以下步骤组成贡献网格为纯网格时，无论接受网格为混合网格还是纯网格，直接按照相应X、1、Z方向的输运体积进行输运，在贡献网格中减去，接受网格中加上，在一个时间步输运完成之后，需要对网格中的一些物理量进行特殊处理，以便进行下一个时间步的物...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴吉林，
申请(专利权)人：华北水利水电学院，
类型：发明
国别省市：