[发明专利]基于物理与非物理混合的复杂场景流固耦合高效模拟方法

摘要

本发明公开了一种基于物理与非物理混合的复杂场景流固耦合高效模拟方法。其步骤为：1)不可压缩流体模拟，结合了欧拉方法和拉格朗日方法，提出了一种基于隐式粒子法的散度为零的光滑粒子流体动力学方法。2)流固耦合中的动力学问题求解，根据对象属性，将模拟对象的运动问题细分为三个子问题，分别使用不同方法对这三个子问题进行求解，实现一种多维度的分合计算框架。3)将断裂力学中的应变能密度概念和Voronoi空间分割相结合，实现了一种物理感知的破碎方法。本发明解决了在复杂流固耦合场景模拟中难以解决的模拟效率问题。对比以往流固耦合方法，本方法在相同系统资源下能够模拟细节更加丰富的流体场景，并且能够满足模拟流体冲击下固体发生破碎的需求。

主权项

1.一种基于物理与非物理混合的复杂场景流固耦合高效模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：1)将流体离散成2种粒子：DFSPH粒子和FLIP粒子；开始时，通过插值邻域FLIP粒子上个时间片最终的速度得到当前时间片DFSPH粒子的初始速度；然后，通过散度为零的光滑粒子流体动力学方法精确求解粘性不可压缩流体方程，得到当前时间片DFSPH粒子最终的速度和位置；最后，通过插值邻域DFSPH粒子最终的速度求解得到当前时间片FLIP粒子最终的速度和位置；2)将刚体质量平均分配到刚体表面的刚体粒子集合上；将刚体粒子集合标记为特殊的SPH粒子加入到1)中的DFSPH粒子集合中；通过累加刚体粒子集合的受力和转矩矢量求解得到刚体在当前时间片最终的位置、速度和旋转；通过直行树方法更新流体粒子位置和速度，防止穿透刚体表面；3)根据时间步长，循环执行步骤1)和2)，得到每个时间片的刚体和流体粒子位置和速度。