[发明专利]一种用于模拟金属冷喷涂的无网格数值计算方法

权利要求书

1.一种用于模拟金属冷喷涂的无网格数值计算方法，包括：

设置初始无网格计算模型参数；

生成虚拟粒子，用以施加边界条件；

进行邻近粒子搜索；

计算每一粒子的核函数、核函数梯度值以及内力；

计算动量及能量变化率，并采用变光滑长度法更新粒子的光滑长度；

进行时间积分，并输出金属冷喷涂的模拟结果；

其中，根据粒子的密度变化率更新粒子的光滑长度，具体关系式如下：

式中，h_i和ρ_i分别为粒子i的光滑长度及密度，t为时间；

在计算每一粒子的核函数、核函数梯度值之后还包括：采用核梯度修正法对核函数的梯度进行修正，计算过程如下：

式中W_ij为核函数，为原有核函数梯度，为修正后的核函数梯度，粒子i位置信息为(x_i，y_i，z_i)，粒子j位置信息为(x_j，y_j，z_j)，公式中x_ji＝x_j-x_i，y_ji＝y_j-y_i，z_ji＝z_j-z_i，V_j为粒子j的体积；

采用双线性Johnson-Cook本构模型进行内力计算，计算过程如下：

式中，T^*为温度相关无量纲量；为有效塑性应变，为有效塑性应变率，为准静态参考应变率；A，B，n，m均为材料常数；C和C′分别为低于和高于临界应变率下的应变率敏感性指数。

2.根据权利要求1所述的用于模拟金属冷喷涂的无网格数值计算方法，其中，所述初始无网格计算模型参数包括实体粒子信息，该实体粒子信息包括冷喷涂颗粒、基板粒子的位置信息及物理信息。

3.根据权利要求2所述的用于模拟金属冷喷涂的无网格数值计算方法，其中，在所述生成虚拟粒子，用以施加边界条件的步骤中，生成计算所需要的虚拟粒子，布置固定壁面以及镜像边界虚拟粒子信息，包括：

生成Monaghan型虚拟粒子，为第1层边界粒子，等间距的布置在边界上，其对接近固定壁面的实际粒子产生排斥力，施加固定壁面边界条件；以及

生成Libersky型虚拟粒子，为第2～3层边界粒子，由靠近边界位置的实体粒子关于边界对称生成，其和实体粒子速度方向相反，施加防止粒子穿透边界的镜像边界条件。

4.根据权利要求3所述的用于模拟金属冷喷涂的无网格数值计算方法，其中，根据所述实体粒子信息及虚拟粒子信息，采用三维树形搜索法进行邻近粒子搜索，确定每一粒子的相互作用粒子。

5.根据权利要求1所述的用于模拟金属冷喷涂的无网格数值计算方法，其中，根据连续性方程、动量方程及能量方程计算每一时间步的动量及能量变化率。

6.根据权利要求1所述的用于模拟金属冷喷涂的无网格数值计算方法，其中，采用蛙跳法或预估校正法进行时间积分。