交替物质点有限差分法提升空中爆炸问题模拟

空中爆炸问题的交替物质点有限差分法研究是一项创新性的数值模拟技术，由崔潇骁、张雄、佘锦炎和周旭四位作者合作提出。他们的研究旨在克服传统物质点法（MPM）和有限差分法（FDM）在处理空中爆炸这类复杂物理过程中的局限性，尤其是如何更好地融合两种方法各自的优势。 在传统的爆炸力学计算中，MPM以其卓越的流固耦合能力著称，它能够准确地跟踪物体的变形历史，特别是在处理如爆炸初期的起爆阶段，以及流体与固体之间的交互作用时。然而，MPM在模拟爆轰产物向周围空气的传播时可能会遇到非物理穿透的问题，因为质点方法在处理连续介质的波传播时不够精确。 为了克服这一问题，研究人员提出了交替物质点有限差分方法（AFDMP）。这种方法巧妙地结合了两种技术。在起爆和流固耦合阶段，AFDMP利用拉格朗日框架下的MPM进行求解，确保了历史变量的准确跟踪和界面问题的有效处理。而在爆轰产物向空气传播的阶段，AFDMP切换到欧拉框架下的FDM，利用其在波动模拟中的优势，避免了非物理穿透现象，提高了模拟的精度。 在FDM求解过程中，MPM质点退化为无质量的示踪点，这些示踪点负责追踪物质界面。在混合单元内，依据压力平衡假设和内能增量分配原则，对各种材料的物理量进行计算。这种转换过程是通过MPM质点与FDM网格中心之间的映射实现的，当达到预设阈值时，会自动进行切换，从而灵活地利用MPM和FDM的强项，提高整体模拟效率。 关键词：爆炸力学、物质点法、有限差分法、流固耦合、示踪点。这项工作不仅有助于提升空中爆炸问题的数值模拟精度，也为其他涉及复杂物理过程的领域提供了新的计算工具和技术参考。通过AFDMP方法，科研人员能够获得更为准确和全面的爆炸过程动态分析，从而支持更深入的理论研究和实际应用。