光滑粒子流体动力学(SPH)中摩擦接触的模拟  

作　　者：王建[1,2] 吴浩[2] 顾冲时[1,2] 花卉[2] 

机构地区：[1]河海大学水资源高效利用与工程安全国家工程研究中心,南京210098 [2]河海大学水利水电学院,南京210098

出　　处：《中国科学：技术科学》2013年第11期1208-1218,共11页Scientia Sinica(Technologica)

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(批准号:20095860120);中央高校基本科研业务费(批准号:B1020083)资助项目

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 

分 类 号：O35[理学—流体力学]