[发明专利]一种三维流固单向耦合的实现方法及系统

权利要求书

1.一种三维流固单向耦合的实现方法，其特征在于，该方法包括：

将固体边界的三角形网格离散成粒子，并进行边界粒子均匀化采样；

计算该固体中流体粒子的状态，包括：流体与固体边界处流体粒子的密度、流体粒子的压力及粘力，以及流体粒子表面张力；

并利用一数值积分模式对流体粒子的速度和位置信息进行更新；

当所述流体粒子穿透所述固体边界时，对所述流体粒子的速度和位置进行校正，从而实现三维流固单向耦合；

其中，所述将固体边界的三角形网格离散成粒子，并进行边界粒子均匀化采样包括：

读取固体模型的三角形网格，并建立固体模型的周围符号距离场，具体的：将固体模型中每个三角形网格建立一个包围盒，并为每个包围盒以统一的方式划分网格；计算每个网格点到固体模型的符号距离，符号距离场以一个哈希表来存储，形成一个存在于固体模型周围的窄带宽的符号距离场；

抽取符号距离场的等值面，并在等值面的每个三角形网格上初始化边界粒子，每个三角形网格上布置gA/πr²个粒子；其中，g表示控制粒子密度的参数，A表示每个三角形网格的面积，r表示粒子的半径；

根据粒子的分布来决定每个粒子在固体表面法向和切向的速度；其中， X表示粒子的位置，和分别表示位置X处的符号距离和法向，Q表示一个类高斯核函数，S是整个粒子集合，Xl是粒子X周围第l粒子的位置；通过所述固体表面法向保证了粒子只能在边界表面移动，通过所述切向保证了粒子由密集向稀疏的区域移动；

对粒子的速度进行积分来更新粒子位置；

通过给整体粒子集合S的总位移设置一个粒子数量相关的阈值，来判断是否收敛；当总位移低于阈值时，表明此时迭代过程已经趋于稳定，均匀化的粒子采样已经形成。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，计算该固体中流体粒子状态的公式包括：

流体与固体边界处流体粒子的密度的计算公式为：

ρ_i＝∑_jm_jW_ij+∑_kΨ_bi(ρ₀)W_ik；

Ψ_bi(ρ₀)＝ρ₀V_bi；

其中，ρ_i表示流体与固体边界处流体粒子i的密度；m_j表示流体粒子i周围第j个流体粒子的质量，W_ij是一个支持域有限的核函数，ρ₀表示流体的静止密度，V_bi表示固体边界粒子bi的体积，k表示固体粒子bi周围的固体粒子；

流体粒子的压力及粘力的计算公式为：

其中，表示固体边界粒子bi对流体粒子i所施加的压力，m_i表示流体粒子i的质量，P_i表示流体粒子i的压强，ρ_i表示流体粒子i的密度，表示核函数W_ibi的梯度向量函数；表示固体边界粒子bi对流体粒子i的粘力，μ表示流体的粘度系数，v_i表示流体粒子i的速度，表示核函数W_ibi的拉普拉斯Laplacian函数；

流体粒子表面张力F_i←j^cur的计算公式为：

F_i←j^cur＝-γm_i(n_i-n_j)；

其中，γ表示控制力大小的参数，m_i表示流体粒子i的质量，n_i和n_j分别表示流体粒子i与流体粒子j的法向。