郭琳

摘要：针对流体仿真中边界粒子穿透现象造成的失真，本文采用一种虚拟边界粒子的方法来解决这个常见问题。所构建的模型对流体和固体统一用粒子来表示。由于网格法在表现流体运动的局限性与计算效率上的不足，因此采用SPH（Smoothed Particle Hydrodynamics）方法对流体、固体粒子的各种属性进行统一计算。最后通过仿真模拟验证了该方法的有效性。

关键词：SPH；流体仿真；液固交互

中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2018）27-0261-04

Fluid-solid Interaction Simulation Based on SPH Method

GUO Lin

（School of Information Engineering，North China University of Water Resources and Electric Power， Zhengzhou 450000， China）

Abstract： Previous algorithms for modeling fluid may cause a penetration distortion at the boundary. In order to solve these problems， this study presented a method using virtual boundary particles.As a result a particle-based single-way coupling algorithm was proposed Based on the uniform particle representation of fluid and solid.Because of the limitations of fluid motion simulation and the lack of computational efficiency in mesh method， Smoothed Particle Hydrodynamics（SPH） method was used to discrete the forces acting on fluid and solid.Experimental results show that the algorithm efficiently handled the coupling simulation.

Key words： smoothed particle hydrodynamics（SPH）； fluid modeling；solid-fluid interaction

隨着计算机图形学的发展，人们热衷于使用程序还原现实世界中的种种自然现象，包括火焰，云，烟雾，水流等没有具体形状的物体。通过此类的仿真再结合虚拟现实技术，再现一个逼真的虚拟世界。而近年来，流体仿真一直是虚拟现实领域研究的重点和难点之一。对流体的仿真主要有两种方法，一是传统的基于网格的欧拉方法，二是近年来提出的基于无网格的拉格朗日方法。光滑粒子流体动力学（SPH）方法作为无网格方法代表之一，它不受网格的约束，流体粒子可以在计算域中自由移动。这样，SPH的公式模型并不受流体粒子位置分布的影响，完全不需要网格。与传统网格法相比，网格法需要生成网格，对于大规模流动的问题时，会造成网格的扭曲，这时就需要对网格进行重构来解决。SPH方法对于大规模，大变形的流动问题能够很好的模拟。同时，也能处理流体与固体交互问题的仿真。所以，光滑粒子流体动力学近年来很收学术界的关注。……