[发明专利]一种薄壁弹性体边界的无网格处理方法、装置、终端设备及计算介质

说明书

本发明提供了一种薄壁弹性体边界的无网格处理方法、装置、终端设备及计算介质。本发明将零级弹性体粒子分裂成多级弹性体粒子，并获取流体粒子对分裂后弹性体粒子的作用力；在流体粒子和弹性体粒子的耦合过程中，零级弹性体粒子始终充当流体粒子的边界，从而对流体粒子分区，建立每一分区流体粒子与零级弹性体粒子间的关系，模拟薄壁弹性体的运动。本发明能够显著提高计算效率，节约计算成本。

技术领域

本发明属于弹性体边界无网格处理技术领域，涉及一种薄壁弹性体边界的无网格处理方法、装置、终端设备及计算介质。

背景技术

随着人类对海洋资源的开发利用，超大型浮式结构物在海洋中的应用越来越引发关注。这类结构由于跨(长、宽)度与高(厚)度的比值非常大，在波浪中具有较小的弯曲刚度和较大的结构变形；在水弹性分析中，通常将这类结构物假设为薄壁弹性体边界。近年来，随着计算流体力学数值模拟技术的不断成熟，精确性和可靠性的不断提高，数值模拟逐渐成为分析波浪与海洋结构物相互作用的有效手段。光滑粒子流体动力学方法(SPH)是一种新兴的拉格朗日形式的无网格粒子法，其最初主要用于解决三维开放空间的天体物理学问题，现已被应用到海洋工程问题。SPH方法较之传统的基于网格的数值算法，由于其粒子性和拉格朗日性，在求解水体和结构物大变形问题上有巨大的优势。因此SPH方法十分适合分析水弹性问题。但是，目前使用SPH法处理薄壁弹性体边界只能通过提高粒子分辨率来实现，该方式计算量过于庞大。

发明内容

针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种薄壁弹性体边界的无网格处理方法、装置、终端设备及计算介质，能够显著提高计算效率，节约计算成本。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

一种薄壁弹性体边界的无网格处理方法，建立数值波浪水槽，在流体区域布置流体粒子，在薄壁弹性体中布置弹性体粒子；将零级弹性体粒子分裂成一级弹性体粒子或进一步分裂得到最高级弹性体粒子，并获取分裂后弹性体粒子的压力，得到流体粒子对分裂后弹性体粒子的作用力；在流体粒子和弹性体粒子的耦合过程中，零级弹性体粒子始终充当流体粒子的边界，从而对流体粒子分区，建立每一分区流体粒子与零级弹性体粒子间的关系，模拟薄壁弹性体的运动。

进一步地，所述将零级弹性体粒子分裂成一级弹性体粒子，一级弹性体粒子的压力为：

其中：p_j为流体粒子的压力，为流体粒子与一级弹性体粒子之间的核函数值，V_j为流体粒子的体积，表示一级弹性体粒子的光滑核长度。

更进一步地，所述最高级弹性体粒子的压力为：

其中，k表示弹性体粒子的级数，l为k级弹性体粒子与k-1级弹性体粒子在重力加速度g方向上的距离，ρ_水为水的密度。

更进一步地，所述流体粒子对分裂后弹性体粒子的作用力包括流体粒子对一级弹性体粒子的作用力和流体粒子对最高级弹性体粒子的作用力，所述流体粒子对一级弹性体粒子的作用力为：

其中，p_i为零级弹性体粒子的压力，V_i为零级弹性体粒子的体积，为零级弹性体粒子的导数，W_ij为零级弹性体粒子与流体粒子之间的核函数值，V_i为零级弹性体粒子的体积；

所述流体粒子对最高级弹性体粒子的作用力为：

进一步地，所述在流体粒子和弹性体粒子的耦合过程中，最高级弹性体粒子的运动方式通过下式获取：