光滑粒子流体动力学(SPH)中摩擦接触的模拟

摘要：

光滑粒子流体动力学(SPH)无网格法是岩土体崩塌与流动大变形计算的有力工具,但是,如何在SPH框架内模拟摩擦接触现象尚无系统方法,迫切需要开展研究.提出一种在SPH框架内模拟土与刚性或柔性结构摩擦接触的算法,该算法根据所存在的接触边界,将计算域分解为若干个子域,以接触力为桥梁在各子域间建立联系,最终实现接触问题的整体求解.在各子域内对土体的运动控制方程进行SPH离散时,修正了SPH固有的边界缺陷,使得位于接触边界附近的SPH粒子具有准确的加速度,保证了接触探测的精度.然后,假设允许土体SPH粒子局部侵入结构体,根据允许的残余侵入量,运用动量原理,计算沿接触面法向和切向的接触力,并应用滑移条件对切向力进行修正使其不超过极限摩擦力.与现有的在SPH中处理接触通常采用“粒子-粒子”接触或忽略摩擦滑移的方法相比,方法具有更高的计算效率和精度,适用于岩土材料与刚性或可变形结构之间相互作用的模拟.通过多个算例对此方法的精度和稳定性进行了验证,计算表明,基于接触算法的SPH计算成果与理论解或有限元解吻合很好,算法是有效的,可用于拓展SPH的计算能力与应用范围.

关键词：SPH、摩擦接触、侵入、边界缺陷

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资助基金：河海大学水文水资源与水利工程科学国家重点实验室专项基金20095860120;中央高校基本科研业务费B1020083

在线出版日期：2014-03-17（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共11页

页码：1208-1218