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光滑粒子法

光滑粒子法(Smoothed Particle Hydrodynamics, 簡 稱SPH)是一 種拉格朗日 無 格線粒子方法,它利用核 函式 對物理 問 題 進行近似 處理,用 離散的粒子 來描述 巨觀 連 續分 布微 觀仍 為粒子的流 體。每 個粒子 攜 帶了其所在位置的流 體的各 種性 質,如 質量、密度、速度、能量等。

SPH由Lucy(1977)和Gingold & Monaghan(1977)相互 獨立地提出,最初 用於 處理天 體物理 問 題,如天 體碰撞、星 體形成、星 雲演 變等。 後 來,SPH被 擴展 套用到 氣 體 動力 學、爆炸、固 體力 學和 彈性 體等 領域。

SPH具有拉格朗日方法自然追 蹤物 質界面的特 點,避免了 傳 統 歐拉 格線方法模 擬大 變形 問 題 時面 臨的 格線畸 變 問 題, 對研究同 時具有大 變形、 運 動界面及可 變形 邊界的 問 題具有特殊的 優 勢。

SPH的基本式 包括用核 函式加 權求和表示任意 函式在粒子 處的值,以及 函式的一 階 導 數表示。 這些基本式可以 離散成 數值方程,然 後 進行 數值求解。

SPH在 許多瞬 態物理 問 題中,如爆炸、侵 徹和高速碰撞等,都涉及到大 變形、 強 衝擊以及物 質界面的相互作用等 過程, 傳 統的 基於 格線的 數值方法 由於 內在的缺陷使其 對 這些 問 題的研究受到 限制。因此, 對光滑粒子法 開展研究有 利於 進一步 套用 數值模 擬研究 這些瞬 態物理 過程具有重要意 義。