SPH光滑粒子流体动力学方法入门

一、SPH法简介

SPH方法的理论思想源于粒子法，在SPH方法中，所有单元都是由占有独立空间且具有独立质量的有限个粒子近似表示的。它本质上基于拉格朗日方法，但又不同于边界元法和有限元法，无需借助网格。因此，SPH函数f(X)的积分表达式可表示为支持域内所有粒子叠加求和的离散化形式。

SPH算法现已发展成为比较成熟的计算三维物理问题的有效方法并被推广到流体动力学、空气动力学、切削，高速碰撞大变形等力学分析的各个方面。

二、SPH粒子的生成方式

  1.直接生成

在ls-prepost中用SPHGEN命令直接生成，生成方式选择box，输入SPH粒子所占的空间坐标。

XYZ 3个轴的起始坐标点，坐标终点分别填入，该坐标可以用全局坐标或自定义的坐标。一般来说在lspp中的坐标操作均以全局坐标为主，局部坐标运用的很少，离子的密度填在numXYZ处，就是XYZ轴方向有几个粒子。这个是生成的在100mm³的空间内分布的例子。用这种方式建模不方便，在模型复杂情况下不容易进行操作。一般不采用这种方法。

  2.通过网格生成

通过网格生成的方式就是将已划分网格的物体转化为SPH粒子，通过solid nodes 或solid centry方式将网格的节点转化为粒子。

这里需要注意，SPH粒子如果通过网格生成，网格一定要是六面体网格才行，普通的四面体网格虽然能生成粒子，但是在计算的时候由于粒子分布不均匀会导致计算结果不准确。

一般我在workbench中做前处理，将要转化成SPH粒子的单元用sweep方式划分网格。

   注意，生成SPH粒子后原网格需要手动删除

最终生成的SPH粒子

三、SPH的定义

  在SPH粒子生成之后需要添加关键字定义才可以进行计算，添加*CONTROL_SPH设置IDIM 为 3，采用三维 SPH 粒子算法。添加*SECTION_SPH，设置粒子的光滑长度，粒子的光滑长度对计算效率及精度有重要影响。目的是在计算时任意粒子点周围拥有足够的质点，以确保粒子点的连续变量近似有效。一般计算时取光滑长度为1.2最后，将sph定义为一个part，在part界面里将未填写的section, mat 等参数填写完毕再进行计算。

四、一些SPH粒子计算的例子

1.切削仿真

2.溃坝模型

3.土壤仿真

4.爆炸