模拟流体冲击致结构破坏问题的SPH-PD耦合方法

流体冲击致结构破坏在自然灾害、海岸及近海工程中广泛存在,是典型的流固耦合问题.基于网格的方法在捕捉流体自由表面、模拟结构开裂破坏的过程中存在固有的困难.针对此类问题,发展了一种基于光滑粒子流体动力学(smoothed particle hydrodynamics,SPH)和近场动力学(peridynamics,PD)耦合求解冲击破坏问题的数值方法.采用动态边界条件的思想,利用SPH和PD在数值计算过程上的相似性,通过设置恰当的光滑长度,自动识别流固界面并进行数据交换,高效实现了耦合计算过程.该方法一定程度上规避了无网格法在施加本质边界条件上的困难,综合了 SPH在处理自由表面流、PD在处理材料断裂失效上的优势,可以实现一定规模复杂流固耦合问题的模拟.最后,采用提出的SPH-PD耦合方法,模拟了溃坝冲击下游弹性挡板问题,成功捕捉到结构经历大变形直至断裂失效的行为.