[发明专利]一种三维流固单向耦合的实现方法及系统

摘要

本发明公开了一种三维流固单向耦合的实现方法及系统，其中，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。本发明公开的方法及系统增强了边界处理时的稳定性，成功模拟出压力、粘力和阻止穿透效果的同时大大减小了计算的复杂度，并且有效模拟出表面张力的宏观效果，而且并不会出现直接模拟聚合力情况下的网状失真现象。

主权项

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。