[发明专利]一种基于SPH多相流的桥梁冲刷模块化仿真方法

权利要求书

1.一种基于SPH多相流的桥梁冲刷模块化仿真方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1，分别构建流体与饱和土体粒子模型，基于HBP模型引入DP屈服准则，确定土体粘度计算模型；具体步骤如下：

步骤1.1、基于多相流基本原理，分别构建流体粒子模型与土体粒子模型，流体粒子模型设定为牛顿流体，土体粒子模型设定为非牛顿流体；

步骤1.2、基于非牛顿流体剪切应力与应变率非线性的物理性质，引入HBP模型，计算土体粘度μ_HBP：

其中，τ_c为材料屈服应力，II_D为流体应变率张量的第二不变量，m为应力指数增长系数，μ为水体粘度，n为与剪切应力相关的幂；

步骤1.3、引入DP屈服准则，计算屈服应力τ_y；

步骤1.4、将屈服应力τ_y代入步骤1.2所述土体粘度μ_HBP计算公式，替换材料屈服应力τ_c，确立土体粘度计算模型；

步骤2，基于步骤1所得模型粒子，针对不同的流体相分别给定不同的类型标号：设定水体为牛顿流体，给定类型标号mk1；设定土体为非牛顿流体，给定类型标号mk2；设定推移质颗粒为非牛顿流体，给定类型标号mk3；设定悬移质颗粒为牛顿流体，给定类型标号mk4；

步骤3，基于步骤2所得粒子类型标号，检索粒子类型标号为mk2的粒子，基于步骤1.2-1.4所得土体粘度计算模型，动态更新粒子粘度；

步骤4，获取SPH算法当前时间步的各粒子粘性应力，设定粘性应力大于步骤1.3计算的屈服应力τ_y的土体粒子为屈服土体粒子，基于屈服土体粒子，引入Shield判断准则，判定由屈服土体粒子转化为推移质的粒子，并更新粒子类型标号及粘度；具体步骤如下：

步骤4.1、基于步骤2所得粒子类型标号，检索粒子类型标号为mk2的粒子，判定粒子位置是否满足转化条件，不满足转化条件则不予处理，满足转化条件则进入步骤4.2；

步骤4.2、基于Shield判断准则，计算床沙临界起动切应力τ_bcr；

步骤4.3、基于流体粒子速度u，引入Einstein对数流速分布公式，计算土体粒子所受流体切应力τ_b；

步骤4.4、基于步骤4.1所得满足转化条件的粒子，判断步骤4.3所得切应力τ_b是否满足大于床沙临界起动切应力τ_bcr的条件，不满足条件则不予处理，进入步骤5，满足条件则将粒子类型标号变为mk3，将床沙临界起动切应力τ_bcr代入步骤1.2土体粘度计算公式，替换材料屈服应力τ_c，更新土体粘度μ_HBP模型；

步骤5，基于推移质粒子，引入Mastbergen公式，判定由推移质转化为悬移质的粒子，并更新粒子类型标号及粘度模型；具体步骤如下：

步骤5.1、基于步骤4.4所得推移质粒子，检索粒子类型标号为mk3的粒子，判定粒子浓度C_v是否满足不大于临界浓度C_vcr的条件，不满足条件则不予处理，满足条件则进入步骤5.2；

步骤5.2、引入Mastbergen公式，计算推移质转化的临界流速u_lift；

步骤5.3、基于步骤5.1所得满足转化条件的粒子，依据推移质粒子速度u_b，判断推移质粒子速度u_b是否满足大于临界流速u_lifi的条件，不满足条件则不予处理，满足条件则粒子类型标号变为mk4，并引入Vand模型，更新粒子粘度μ_mk4转化为牛顿流体；

步骤6，基于悬移质粒子，引入Mastbergen公式，判定由悬移质转化为推移质的粒子，并更新粒子类型标号及粘度模型；具体步骤如下：

步骤6.1、引入Mastbergen公式，计算悬移质转化的临界流速u_set；

步骤6.2、基于步骤5.3所得推移质粒子，依据悬移质粒子速度u_b，判断悬移质粒子速度u_b是否满足大于临界流速u_set的条件，不满足条件则不予处理，满足条件则粒子类型标号变为mk3，并按步骤4.4更新粒子粘度模型。