[发明专利]面向绿色施工的虚拟焊接烟尘仿真方法

权利要求书

1.一种面向绿色施工的虚拟焊接烟尘仿真方法，其特征在于，针对焊接烟尘的性质，提出适于焊接烟尘仿真的涡动力模型，并求解该涡动力模型，在焊接烟尘涡动力模型的基础上，绘制虚拟焊接烟尘。

2.根据权利要求1所述的一种面向绿色施工的虚拟焊接烟尘仿真方法，其特征在于，所述针对焊接烟尘的性质具体为：将粉尘各个位置点的特征采用以下四个属性来表示：

压力：压力是指对于放入烟尘中的物体所受到的烟尘的法向力；

粘度：烟尘同样有剪切力，粘度是指烟尘抵抗形变的能力，浓稠的烟尘的粘度大，稀薄的烟尘粘度小；

密度：密度是指单位体积内的烟尘物质的多少；

温度：温度表示有多少热量存在于烟尘中，温度本身不会直接影响烟尘的运动但是它会转化为压力或者密度来影响烟尘的运动。

3.根据权利要求1所述的一种面向绿色施工的虚拟焊接烟尘仿真方法，其特征在于：所述适于焊接烟尘仿真的涡动力模型为：

式中，为压力项，描述了涡流的伸展和倾斜，为当前粉尘的涡量，为当前粉尘的速度；为粘性项，描述了涡量的耗散，其中υ表示运动粘性系数；为浮力项，过旋转起伏波动使质量重的焊接烟尘处在轻的焊接烟尘在上面，ρ为焊接烟尘对粉尘的压力，p是粉尘的压力；表示粉尘受到一定力场的作用；▽为拉普拉斯算子，是单位质量彻体力。

4.根据权利要求3所述的一种面向绿色施工的虚拟焊接烟尘仿真方法，其特征在于：所述求解该涡动力模型具体包括以下步骤：

步骤S1：使用涡粒子方法对涡量场进行离散化，设涡量场被N个涡粒子离散化，则某一点处的涡量表示为：

式中，表示第i个粒子的强度，即该粒子的环量；x_i为第i个粒子的坐标，S_i为粒子的面积；ζ为涡量分布函数，通过令ζ为高斯分布，得到：

式中，σ_i为第i个粒子的特征半径；

步骤S2：根据Biot-Savart定律，并且结合涡量场被离散化为N个粒子，则得到空间某点x处的粒子的速度为

式中，表示与涡元的距离；假设每个涡粒子的影响半径为r₀，当超过该半径范围区域其诱导速度随着距离的增加逐渐趋近于零，在半径范围之内其诱导速度保持不变，具体形式如下：

步骤S3：将涡粒子影响范围内的一系列涡粒子看做一个涡粒子簇，将在距离上较远位置的粒子看做是一个个的粒子簇，将这些粒子簇中所有粒子的影响作用简化为位于粒子簇中心的一个高级粒子的影响作用，这个高级粒子的涡量是整个粒子簇粒子涡量的权重和，以此类推将更远位置的粒子成为更高级的粒子簇，这样就把所有粒子聚集为一个粒子簇，并以此降低计算的复杂度；

步骤S4：求解将涡动力模型中的压力项，将按照雅可比矩阵展开，得到：

式中，为雅可比矩阵，根据每个涡粒子的速度和其携带的涡量即可求得该项的结果；

步骤S5：求解将涡动力模型中的粘性项采用粒子强度交换方法来计算涡粒子之间的涡量交换，进而求解粘性项。