物质点法在冲击爆炸及大变形数值模拟领域中具有较大的优势,但它同时需要质点和背景网格信息,计算量和存储量较大,且其接触算法存在缺陷,致使物体之间提前发生接触。本课题组对物质点法及其接触算法进行了较全面的改进,提出了物质点法的精细接触判据,完全解决了原方法中物体提前接触的缺陷;提出了移动网格物质点法,建立了物质点法的动态网格技术和局部多重网格接触算法,大幅度地降低了物质点法的内存需求量,提高了计算效率。

图1为用原接触算法和改进接触算法得到的两弹性圆环碰撞构型,改进接触算法有效地消除了物体提前接触缺陷。图2为一晃动筛选问题,共210个球在一容器中受周期性作用力和重力的作用下晃动,充分体现了改进物质点算法的高效性。

Rings-1                 Rings-2

(a) 接触算法改进前                      (b) 接触算法改进后

图1  圆环碰撞

Vibration

图2  晃动筛选

 

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  1. 马志涛, 张雄, 黄鹏. An Object-Oriented MPM Framework for Simulation of Large Deformation and Contact of Numerous Grains. CMES: Computer Modeling in Engineering & Sciences, 55(1): 61-88, 2010.