多介質(zhì)拉氏自適應(yīng)流體動力學(xué)軟件LAD2D研制及其應(yīng)用

王瑞利　林忠　溫萬治　魏蘭　林文洲

摘要：拉氏方法是內(nèi)爆動力學(xué)過程數(shù)值模擬的主要方法.針對高溫、高壓、多介質(zhì)和大變形等內(nèi)爆問題，采用非結(jié)構(gòu)任意多邊形網(wǎng)格底層管理、計算過程中網(wǎng)格鄰域可變技術(shù)，以及拉氏自適應(yīng)網(wǎng)格加密方法和層次化、模塊化程序設(shè)計思想，自主研發(fā)非結(jié)構(gòu)拉氏自適應(yīng)網(wǎng)格流體動力學(xué)軟件LAD2D.從物理模型、計算方法、程序設(shè)計、程序驗證與確認(rèn)、大變形問題數(shù)值模擬等方面系統(tǒng)地介紹LAD2D.LAD2D對多介質(zhì)爆轟彈塑性流體大變形問題有很強的適應(yīng)能力.

關(guān)鍵詞：多介質(zhì)； 大變形； 非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格； 任意多邊形網(wǎng)格； 自適應(yīng)網(wǎng)格； LAD2D

中圖分類號： TB115.1；TP319

文獻標(biāo)志碼：B

0 引 言

拉氏方法是高溫高壓多介質(zhì)內(nèi)爆流體動力學(xué)過程數(shù)值分析的主要方法，其特點是以物質(zhì)坐標(biāo)為基礎(chǔ)，其描述的網(wǎng)格單元以類似于“雕刻”的方式劃分在用于分析的結(jié)構(gòu)上，即拉氏方法描述的網(wǎng)格和分析的結(jié)構(gòu)是一體的，網(wǎng)格節(jié)點即為物質(zhì)點.采用這種分析方法，結(jié)構(gòu)形狀的變化與有限元網(wǎng)格的變化完全一致，物質(zhì)不會在單元與單元之間發(fā)生流動.這種方法的主要優(yōu)點是能夠非常精確地描述結(jié)構(gòu)邊界的運動，但在處理大變形問題時，由于算法本身的限制，會出現(xiàn)嚴(yán)重的網(wǎng)格畸變現(xiàn)象.

二維拉氏自適應(yīng)流體動力學(xué)程序（Lagrangian Adaptive hydro Dynamics code in 2D space，LAD2D）是結(jié)合二維流體力學(xué)數(shù)值方法的最新研究成果，是特別針對復(fù)雜工程和強間斷復(fù)雜流體大變形問題的數(shù)值模擬而自主研發(fā)的二維非結(jié)構(gòu)拉氏自適應(yīng)高可信度流體動力學(xué)程序.LAD2D程序以四邊形網(wǎng)格為主、非結(jié)構(gòu)任意多邊形網(wǎng)格為輔，是有限體積格式的通用爆轟彈塑性流體動力學(xué)的數(shù)值模擬程序，特別適合求解各種二維內(nèi)爆、高速碰撞等流動問題.

1 物理模型

物理模型采用柱對稱爆轟彈塑性流體動力學(xué)模型以及多介質(zhì)、自由面、固壁和滑移界面模型，考慮復(fù)雜狀態(tài)方程、爆轟模型和各種黏性（人為黏性、沙漏黏性和子網(wǎng)格壓力等）的簡單理想塑性模型.

摘要：拉氏方法是內(nèi)爆動力學(xué)過程數(shù)值模擬的主要方法.針對高溫、高壓、多介質(zhì)和大變形等內(nèi)爆問題，采用非結(jié)構(gòu)任意多邊形網(wǎng)格底層管理、計算過程中網(wǎng)格鄰域可變技術(shù)，以及拉氏自適應(yīng)網(wǎng)格加密方法和層次化、模塊化程序設(shè)計思想，自主研發(fā)非結(jié)構(gòu)拉氏自適應(yīng)網(wǎng)格流體動力學(xué)軟件LAD2D.從物理模型、計算方法、程序設(shè)計、程序驗證與確認(rèn)、大變形問題數(shù)值模擬等方面系統(tǒng)地介紹LAD2D.LAD2D對多介質(zhì)爆轟彈塑性流體大變形問題有很強的適應(yīng)能力.

關(guān)鍵詞：多介質(zhì)； 大變形； 非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格； 任意多邊形網(wǎng)格； 自適應(yīng)網(wǎng)格； LAD2D

中圖分類號： TB115.1；TP319

文獻標(biāo)志碼：B

0 引 言

拉氏方法是高溫高壓多介質(zhì)內(nèi)爆流體動力學(xué)過程數(shù)值分析的主要方法，其特點是以物質(zhì)坐標(biāo)為基礎(chǔ)，其描述的網(wǎng)格單元以類似于“雕刻”的方式劃分在用于分析的結(jié)構(gòu)上，即拉氏方法描述的網(wǎng)格和分析的結(jié)構(gòu)是一體的，網(wǎng)格節(jié)點即為物質(zhì)點.采用這種分析方法，結(jié)構(gòu)形狀的變化與有限元網(wǎng)格的變化完全一致，物質(zhì)不會在單元與單元之間發(fā)生流動.這種方法的主要優(yōu)點是能夠非常精確地描述結(jié)構(gòu)邊界的運動，但在處理大變形問題時，由于算法本身的限制，會出現(xiàn)嚴(yán)重的網(wǎng)格畸變現(xiàn)象.

二維拉氏自適應(yīng)流體動力學(xué)程序（Lagrangian Adaptive hydro Dynamics code in 2D space，LAD2D）是結(jié)合二維流體力學(xué)數(shù)值方法的最新研究成果，是特別針對復(fù)雜工程和強間斷復(fù)雜流體大變形問題的數(shù)值模擬而自主研發(fā)的二維非結(jié)構(gòu)拉氏自適應(yīng)高可信度流體動力學(xué)程序.LAD2D程序以四邊形網(wǎng)格為主、非結(jié)構(gòu)任意多邊形網(wǎng)格為輔，是有限體積格式的通用爆轟彈塑性流體動力學(xué)的數(shù)值模擬程序，特別適合求解各種二維內(nèi)爆、高速碰撞等流動問題.

1 物理模型

物理模型采用柱對稱爆轟彈塑性流體動力學(xué)模型以及多介質(zhì)、自由面、固壁和滑移界面模型，考慮復(fù)雜狀態(tài)方程、爆轟模型和各種黏性（人為黏性、沙漏黏性和子網(wǎng)格壓力等）的簡單理想塑性模型.

摘要：拉氏方法是內(nèi)爆動力學(xué)過程數(shù)值模擬的主要方法.針對高溫、高壓、多介質(zhì)和大變形等內(nèi)爆問題，采用非結(jié)構(gòu)任意多邊形網(wǎng)格底層管理、計算過程中網(wǎng)格鄰域可變技術(shù)，以及拉氏自適應(yīng)網(wǎng)格加密方法和層次化、模塊化程序設(shè)計思想，自主研發(fā)非結(jié)構(gòu)拉氏自適應(yīng)網(wǎng)格流體動力學(xué)軟件LAD2D.從物理模型、計算方法、程序設(shè)計、程序驗證與確認(rèn)、大變形問題數(shù)值模擬等方面系統(tǒng)地介紹LAD2D.LAD2D對多介質(zhì)爆轟彈塑性流體大變形問題有很強的適應(yīng)能力.

關(guān)鍵詞：多介質(zhì)； 大變形； 非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格； 任意多邊形網(wǎng)格； 自適應(yīng)網(wǎng)格； LAD2D

中圖分類號： TB115.1；TP319

文獻標(biāo)志碼：B

0 引 言

拉氏方法是高溫高壓多介質(zhì)內(nèi)爆流體動力學(xué)過程數(shù)值分析的主要方法，其特點是以物質(zhì)坐標(biāo)為基礎(chǔ)，其描述的網(wǎng)格單元以類似于“雕刻”的方式劃分在用于分析的結(jié)構(gòu)上，即拉氏方法描述的網(wǎng)格和分析的結(jié)構(gòu)是一體的，網(wǎng)格節(jié)點即為物質(zhì)點.采用這種分析方法，結(jié)構(gòu)形狀的變化與有限元網(wǎng)格的變化完全一致，物質(zhì)不會在單元與單元之間發(fā)生流動.這種方法的主要優(yōu)點是能夠非常精確地描述結(jié)構(gòu)邊界的運動，但在處理大變形問題時，由于算法本身的限制，會出現(xiàn)嚴(yán)重的網(wǎng)格畸變現(xiàn)象.

二維拉氏自適應(yīng)流體動力學(xué)程序（Lagrangian Adaptive hydro Dynamics code in 2D space，LAD2D）是結(jié)合二維流體力學(xué)數(shù)值方法的最新研究成果，是特別針對復(fù)雜工程和強間斷復(fù)雜流體大變形問題的數(shù)值模擬而自主研發(fā)的二維非結(jié)構(gòu)拉氏自適應(yīng)高可信度流體動力學(xué)程序.LAD2D程序以四邊形網(wǎng)格為主、非結(jié)構(gòu)任意多邊形網(wǎng)格為輔，是有限體積格式的通用爆轟彈塑性流體動力學(xué)的數(shù)值模擬程序，特別適合求解各種二維內(nèi)爆、高速碰撞等流動問題.

1 物理模型

物理模型采用柱對稱爆轟彈塑性流體動力學(xué)模型以及多介質(zhì)、自由面、固壁和滑移界面模型，考慮復(fù)雜狀態(tài)方程、爆轟模型和各種黏性（人為黏性、沙漏黏性和子網(wǎng)格壓力等）的簡單理想塑性模型.