59400字硕士毕业论文基于SPH算法的程序设计及其在聚能战斗部中的应用

论文类型：硕士毕业论文

论文字数：59400字

论点：网格,计算,粒子

论文概述：

本课题在前期对SPH的基本理论及射流形成的原理做了深入的研究。在基本理论的指导下，针对本课题的具体问题做了前期的准备工作，比如在SPH算法中，对粒子搜索力一法、边界处理力一法及光

论文正文：

第一章介绍

研究背景和意义

聚能装药技术广泛应用于弹药武器设计和工业生产，如穿甲弹设计、石油开采、线切割等。当今，工程问题计算机数值计算方法的出现，在理论与实验的结合中起到了纽带作用。计算机数值模拟可以对纯理论进行实际验证，同时也可以为理解物理本质、解释物理现象和发现新现象提供一种方法。目前，流行的数值计算方法主要根据是否依赖有限边界网格分为两类。一种是网格法，如有限差分法、有限奇异边界法等。另一种是无网格法，如粒子法。网格方法已广泛应用于工程科学的各个领域，如计算流体力学、计算固体力学等，并在这些领域取得了相当大的成功。
虽然网格法在国防技术和民用技术领域取得了显著的成果，但这并不意味着它在各个方面都无懈可击。网格方法在许多项目中的应用还存在一些问题，这些问题在很大程度上限制了它在工程应用中的进一步发展。在综合分析这些困难的基础上，网格法困难的根本原因是以网格为背景，因为在使用这种方法解决问题时，有必要尽可能多地获得高质量的网格，而对于某些问题很难获得高质量的网格。例如，对于自由表面问题、不规则边界问题、移动接触表面问题和大变形问题，不可能获得高质量的网格，这不能保证高精度的结果。因此，需要用其他数值方法来代替网格法，即无网格法。无网格方法中最典型的方法是基于核函数的光滑粒子流体力学方法(简称SPH方法)。
SPH法是一种粒子法。其核心思想是插值理论，类似于粒子网格法。然而，根本区别在于，在SPH方法中计算空之间的导数时不需要网格，即流体力学方程或固体控制方程通过称为“核函数”的积分核近似核函数估计，转换成SPH方程进行数值计算。在整个物理场中，物质被分散成若干有限的“粒子”，这些粒子加载了所有的物理场量，可以根据流体的规律自由流动，因此不需要考虑网格缠绕和变形等问题，因此该算法应用限制少，理论上可以用于任何变形问题。
通过基于SPH算法的聚能装药和铲斗仿真软件的开发和应用，本课题为科研人员提供了一个方便快捷的渠道。它避免了网格带来的建模困难、计算过程容易出错等难题，旨在获取模型每一时刻每一点的物理量，为进一步深入细致的研究提供有力的条件。同时，该软件为不擅长使用大型通用软件的工程设计人员提供了一种快捷方便的方法。

2聚能装药战斗部数值模拟研究现状

聚能装药战斗部在国防建设中发挥着重要作用，是当代战争中必不可少的军事装备，主要包括聚能装药射流超临界战斗部、爆炸成型工程聚能装药战斗部和喷射弹丸装药。它们都具有成型复杂、初速度高、动态性强的特点。与其他常规作战部门相比，虽然在应用上更加突出，但在设计和制造上也更加困难。

3.2.1函数及其导数的集成........26-28[/溴/] 3.2.3粒子近似........28-29[/比尔/] 3.3喷气形成中的SPH相关问题........29-39 [/BR/] 3.3.1核函数的构造........29-31[/溴/] 3.3.2相互作用粒子对........31-33 [/BR/] 3.3.3其他重要问题和........33-39[/比尔/]第四章基于SPH算法的聚能装药编程思想........39-58[/比尔/] 4.1........39[/比尔/] 4.2自编SPH计划结构........39-42 [/BR/] 4.3自编SPH计划主模块........42-51 [/BR/ ] 4.3.1预处理和后处理接口模块........42-44 [/BR/] 4.3.2初始化参数模块........44[/比尔/] 4.3.3核函数计算模块........44-45 [/BR/] 4.3.4粒子对搜索模块........45-46
4.3.5平滑长度更新模块........46-47
4.3.6人工粘度模块........47-48
4.3.7内力计算模块........48
4.3.8时间整合模块........48-50
4.3.9其他模块设计50-51
4.4自编SPH程序接口设置........51-53
4.5自编SPH项目评估计算........53-58 [/BR/] 4.5.1 2D腔内剪切流SPH计算........53-55 [/BR/] 4.5.2 2D腔内剪切流有限元........55-57 [/BR/] 4.5.3自编SPH计划评估........57-58
第5章聚能装药弹头的射流形成值........58-67
5.1聚能装药弹头SPH模型射流形成计算........58-59
5.2自编SPH计划........59-62

摘要
由于传统有限元对有限元网格模型的依赖，以及爆炸等大变形问题数值模拟中计算结果的不稳定性和不完整性，给国防和军事工业领域以聚能战斗部为代表的科研和产品测试过程带来了麻烦。本课题在充分研究SPH理论的基础上，编制了聚能装药战斗部射流形成过程的数值模拟程序。该程序是一个主要的解决方案程序，不包括预处理和后处理部分。在计算过程中，SPH计算程序不需要划分计算模型的网格，在很大程度上避免了计算中断的发生，计算精度也比较理想。在整个编程过程中，本课题主要围绕相关问题进行了以下研究。
首先，本项目前期对SPH的基本理论和射流形成原理进行了深入研究。在基本理论的指导下，已经为这一专题的具体问题做了初步准备。例如，在SPH算法中，对粒子搜索力法、边界处理力法和平滑长度更新力法进行了算法研究和公式推导。在射流形成力方面，对本课题所涉及的炸药和衬里纳维尔-斯托克斯有一定的借鉴作用。

[br/]参考
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