[发明专利]一种用于SPH算法的对称边界处理方法

摘要

本发明公开了一种用于SPH算法的对称边界处理方法，其特征在于，包括如下步骤：创建待进行仿真分析的仿真模型并进行初始化设置；计算仿真模型所对应的每一粒子的压力值、应力张量以及人工粘性值；在所设定的每一个时间步内对所述仿真模型进行搜索分析；计算仿真模型所对应的状态方程以及控制方程，若仿真模型存在对称边界，则对仿真模型进行作用对信息增补处理；基于所设定终止条件，输出对应的仿真结果。本发明通过对现有作用对信息进行筛查增补，使得本发明不需要额外生成镜像粒子、也不需要再对镜像粒子划分背景网格进行搜索的同时，去掉了额外生成镜像粒子和搜索的时间消耗，实现了将对称边界处理和正常的搜索计算统一处理。

主权项

1.一种用于SPH算法的对称边界处理方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1、创建待进行仿真分析的仿真模型并对所创建的仿真模型进行初始化设置；所述的步骤1其包括：步骤101、创建仿真模型并设定所创建的仿真模型所对应的网格文件，获得对应的网格信息并存入临时的网格数据中，所述网格信息包括网格序号以及网格材料号，且网格信息包含与其所对应的节点号；步骤102、设定所创建的仿真模型所对应的节点文件，获得对应的节点信息并存入临时的节点数据中，所述节点信息包括节点号以及节点坐标；步骤103、结合网格信息与节点信息计算仿真模型所对应的各个网格的中心坐标以及每一网格所对应的体积数据，并基于所计算的体积数据计算各自对应的等效直径；步骤104、将各网格转换为所对应的粒子，其中每一粒子的位置即其所对应的网格的中心坐标，其大小即其所对应的网格的等效直径，其材料号即其所对应的网格材料号；步骤105、设定材料文件，获取仿真模型所对应的每种材料的密度，泊松比，弹性模量以及材料模型的类型和参数；步骤106、根据每一粒子的所对应的网格材料号将所设定的材料的属性和模型参数赋给每一粒子；步骤107、设定边界条件和初始条件，获取仿真模型所对应的条件值和条件作用的组件号，存在临时的初边值数据中；步骤108、设定组件信息文件并获得仿真模型所对应的组件数，若按顺序打开组件文件，则依次设定对应的组件号、组件类型；进一步的，若当前的组件号和组件类型满足当前所对应的初边界条件，则继续设定当前组件的成员，获取相关网格的序号，将初边值条件赋给网格相应的粒子；若边界条件作用于节点，则获取该节点属于的单元数据，将边界条件赋给对应单元转换得到的粒子；步骤109、设定初始控制参数；所述初始控制参数包括当前时间、总体计算时长、当前时间步长、总体循环数、当前时间步数、最小时间步长、最大时间步长、对称信息和保存结果设定、并行信息；步骤1010、设定每种材料的属性和模型参数，将所设定的材料的属性和模型参数按照粒子的材料号赋给每个粒子；步骤2、计算经初始化设置后的仿真模型所对应的每一粒子的压力值、应力张量以及人工粘性值；步骤3、在所设定的每一个时间步内对所述仿真模型进行搜索分析，以确定每一粒子所对应的近邻粒子；所述的搜索分析包括：步骤31确定仿真模型所对应的各并行分区以及各并行分区边界，其包括：步骤311、首先对仿真模型所对应的所有粒子进行循环，分别找到在三维空间的X方向、Y方向、Z方向上，坐标最小所对应的粒子I以及坐标最大所对应的粒子II；其次将粒子II的坐标与粒子I的坐标相减，得到X、Y、Z三个方向上的最大跨度值；最后通过将所述仿真模型所对应的每一粒子的坐标依次与粒子I的坐标相减并除以所获得的该坐标方向上的最大跨度值，确定出每一粒子的相对无量纲坐标(X_j‑X_i/X₀,Y_j‑Y_i/Y₀,Z_j‑Z_i/Z₀),其中，X_j、Y_j、Z_j分别表示X方向、Y方向、Z方向上的粒子坐标；X_i、Y_i、Z_i分别表示X方向、Y方向、Z方向上坐标最小的粒子I的坐标，X₀表示X方向上的最大跨度值，Y₀表示Y方向上的最大跨度值，Z₀表示Z方向上的最大跨度值，j≥1；步骤312、分别计算所有粒子所对应的无量纲坐标在X方向、Y方向、Z方向上的平方和，并将平方和最小的无量纲坐标所构成的向量方向确定为主方向；步骤313、基于所确定的主方向，按照所有粒子与主方向的相对坐标从小至大进行排序；步骤314、确定待划定的并行分区数量并确定每一并行分区所对应的初始粒子数以及各并行分区边界位置所对应的分界粒子序号；步骤315、确定每一并行分区边界位置；步骤316、划定并行分区并对每一并行分区的粒子进行排序，并通过各并行分区通信来确定各个并行分区内的粒子数量变化情况，并基于所确定的粒子数量变化情况调整并行分区边界位置；步骤4、计算仿真模型所对应的状态方程以及控制方程，在进行计算时，若仿真模型存在对称边界，则对仿真模型进行作用对信息增补处理；若所述对仿真模型为1/2对称模型，所述对仿真模型进行作用对信息增补处理包括：步骤41、分别确认每一分区是否存在对称边界，若当前的分区存在对称边界，则对当前的分区中所对应的所有作用对进行循环，并判断某一作用对中是否存在至少一个粒子到对称边界的距离小于自身紧支域，是则确认可能存在具有镜像作用的粒子对；步骤42、进一步确定该作用对的镜像关系，即判断该作用对中的任意一种粒子的镜像粒子是否是另一粒子的作用对，判断策略为：获取该作用对中的任意一种粒子的镜像粒子的镜像位置，并判断所获取的镜像位置与另一粒子的间距与两个粒子紧支域之和的差值的绝对值是否小于所确定的判断阈值，是则确定该作用对为具有镜像作用的粒子对即确认该作用对中的任意一个粒子的镜像粒子与另一粒子互为作用对，且若步骤41所述的某一作用对中存在其到分区边界的距离小于自身紧支域，则确认该粒子的镜像粒子与该粒子互为作用对；依次对所有作用对循环，以获得全部的关于对称边界的作用对信息，对仿真模型进行作用对信息增补处理；若所述对仿真模型为多重对称模型即1/4对称模型或者1/8对称模型，所述对仿真模型进行作用对信息增补处理包括：步骤41′、分别独立确认每一并行分区是否存在对称边界，若当前的并行分区存在对称边界且对称边界个数至少为2个，则分别沿着x方向、y方向以及z方向对当前的并行分区中所对应的所有作用对进行循环，并在依次对x方向、y方向以及z方向进行循环的过程中，判断当前的作用对中是否存在至少一个粒子到其中任意一个对称边界的距离均小于自身紧支域，是则确认可能存在具有镜像作用的粒子对；步骤42′、进一步确定该作用对的镜像关系，因为是对称的关系，所以需要考虑一个粒子在各个对称面上的镜像是否均是另一个粒子的作用对，即判断该作用对中的任意一种粒子的在各个对称面上的镜像粒子是否均是另一粒子的作用对，判断策略为：首先获取该作用对中的任意一种粒子在某一对称面上镜像粒子的镜像位置，并判断所获取的镜像位置与另一粒子的间距与两个粒子紧支域之和的差值的绝对值是否小于所确定的判断阈值，是则确定确认该粒子在当前的对称面上镜像粒子与另一粒子互为作用对，且若该作用对中存在其到分区边界的距离小于自身紧支域，则确认该粒子在当前的对称面上的镜像粒子与该粒子互为作用对；其次获取该作用对中的任意一种粒子在其他对称面上镜像粒子的镜像位置，并判断所获取的镜像位置与另一粒子的间距与两个粒子紧支域之和的差值的绝对值是否小于所确定的判断阈值，是则确定确认该粒子在所述对称面上镜像粒子与另一粒子互为作用对，且若步骤41′所述当前的作用对中存在其到分区边界的距离小于自身紧支域，则确认该粒子在所述对称面上的镜像粒子与该粒子也互为作用对；依次对所有作用对循环，以获得全部的关于对称边界的作用对信息，对仿真模型进行作用对信息的进行增补；同时所述作用对信息包括相互作用的粒子的标号以及各自所对应的作用方向，并在获取作用对信息之后，根据对称记号计算人工粘性和相互作用函数，同样记录在作用对信息之中；步骤5、基于所设定终止条件，输出对应的仿真结果。