[发明专利]一种基于MPS方法的粒子变粒径融合方法

说明书

本发明公开了一种基于MPS方法的粒子变粒径融合方法，包括：步骤1，创建计算域并进行粒子初始化设置；步骤2，判断粒子是否满足融合条件；步骤3，满足融合条件时，择优选取需要融合的粒子；步骤4，粒子发生融合并参与计算控制方程，得到粒子压力、速度、位移。步骤5，输出数值计算模拟结果。本发明中粒子融合技术采用变粒径五步渐进融合的模式，粒子位置和尺寸在五步融合过程中逐渐变化，避免了粒子融合前后由于粒子尺寸和影响域突变带来的计算误差；此外，本发明优化了粒子融合条件，通过改进融合判据条件，择优选择融合粒子，减少了计算中不必要的粒子融合，提高了粒子融合算法的效率，保证了多分辨率计算的精度和稳定性。

技术领域

本发明涉及一种基于MPS方法的粒子变粒径融合方法。

背景技术

移动粒子半隐式法(MPS)是一种粒子法，在计算过程中不需要划分网格，采用粒子离散计算域，适用于求解非定常大变形问题。近些年，随着计算量的不断增加，为了减小计算量，提高计算效率，多分辨率粒子法受到更多学者的关注。在多分辨率粒子法中，粒子在局部加密，高分辨率区域采用尺寸较小的粒子来保证计算精度，低分辨率区域采用尺寸较大的粒子来节省计算量。多分辨率技术有许多种类，例如粒子重叠技术，粒子分裂融合技术等。在粒子重叠技术中，通过设置粗细粒子重叠区域实现不同尺寸粒子信息的传递，实现计算域内多分辨率的效果，但重叠技术中粒子增添和删减使得计算过程中的质量和动量不守恒。分裂融合技术通过粒子分裂实现粒子加密，当粒子进入低分辨率区域时，为了降低计算量，粒子与就近的其他粒子相互融合为尺寸较大的粒子，从而减小粒子数量。然而在现有的融合技术中，由于融合前后粒子影响域的变化或融合粒子选取的不当，在计算中容易形成粒子间隙过大，导致计算不稳定，影响计算精度与稳定性。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中的问题，提供一种基于MPS方法的粒子变粒径融合方法，通过优化粒子融合条件，使得需要融合的粒子就近选取合适的粒子进行融合，采用五步变粒径的融合方法，大大减弱了粒子融合过程对计算精度及稳定性的影响，同时提高了计算效率。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种基于MPS方法的粒子变粒径融合方法，包括以下步骤：

步骤1，创建计算域并进行粒子初始化设置；

步骤2，判断粒子是否满足融合条件；

步骤3，满足融合条件时，择优选取需要融合的粒子；

步骤4，粒子发生融合并参与计算控制方程，得到粒子压力、速度、位移。

步骤5，输出数值计算模拟结果。

本发明进一步的改进在于：

所述步骤2粒子融合条件包括融合空间判据和粒子尺寸判据；融合空间判据是通过初始给定的低分辨率空间区域的位置坐标，判断粒子是否在低分辨率区域内；若粒子处于低分辨率区间内，则进行粒子尺寸判据；反之粒子不发生融合；

粒子尺寸判据是通过比较粒子尺寸与低分辨率给定的尺寸范围，当粒子尺寸在给定的尺寸范围内时，粒子满足粒子尺寸判据，具体公式如下：

l_minll_max

其中，l为需要判定的粒子尺寸；l_min,l_max为低分辨率区间内粒子的最小尺寸和最大尺寸；

当粒子同时满足融合空间判据和粒子尺寸判据时，粒子进行融合。