应用SPH方法实现海面孤立波运动的模拟

首先介绍孤立波的Kd V方程,继而讨论了孤立波SPH方法的数值求解过程,选择SPH光滑核函数作为正则化高斯核函数。分析了数值求解过程的时间积分方法,给出了具体计算公式,最后给出相应程序中的具体参数下孤立波运动模拟效果。     

基于IIF 模型的流体表面张力模拟

基于光滑粒子动力学(SPH)方法模拟流体时流体表面张力的作用在固液、气液交界 处不可忽视,其影响模拟的准确性和视觉真实感。目前已有的表面张力模型如连续表面力(CSF) 模型、粒子间相互作用力(IIF)模型都存在各自的缺陷。针对IIF 模型模拟表面张力时所产生的 粒子非物理聚集、流体表面形状不规则等现象,采用基于类Lennard-Jones 势函数的分子间聚斥 力对表面张力建模,并定义了基于法向差的SPH 张力修正项以解决IIF 模型不能保证流体表面 面积最小化问题。实验结果表明,该方法能够稳定和正确地模拟两相交界处的表面张力的效果。     

GPU中的流体场景实时模拟算法

为了实时模拟真实的大规模流体场景,提出一种基于平滑粒子流体力学(SPH)进行流体场景模拟的算法.首先提出了新的精细程度函数作为非均匀采样的依据,以减少实际模拟时所需的粒子数,提高模拟的速度;然后引入一种三维空间网格划分算法和改进的并行基数排序算法,以加快模拟过程中对邻域粒子和边界的查找及其相互作用的计算;最后使用最新的NVIDIA(CUDA(架构,将SPH的全部模拟计算分配到GPU流处理器中,充分利用GPU的高并行性和可编程性,使得对SPH方法的流体计算和模拟达到实时.实验结果表明,采用文中算法能对流体场景的计算模拟达到实时,并实现比较真实的模拟效果.与已有的SPH流体CPU模拟方法相比,其加速比达到2个数量级以上,同时相比已有GPUSPH方法,能模拟出更为丰富的细节效果.     

一种基于自适应光滑长度的SPH液体模拟方法

传统SPH流体模拟方法通常使用固定的粒子光滑长度进行插值计算,在某些情况下会导致较大的插值误差。为提升模拟精度,建立了粒子光滑长度与邻居粒子密度调和平均数间的关系,自适应调整粒子的光滑长度,并设计和定义了相应的邻居搜索方案和核函数以解决受力不对称的问题。经实验验证,粒子邻居数方差有效降低,解决了传统SPH支持域固定导致的粒子插值误差过大的问题,使仿真结果更接近物理事实。同时由于物理计算精度的提高,模拟稳定性得到增强,可使用更大的时间步长,有效提升了模拟速度。最终,相比其他方法在视觉质量和模拟速度上均具有一定优势。     

一种新的有效模拟不可压缩流体的SPH方法

提出了一种基于光滑粒子流体动力学(SPH)来模拟不可压缩流体的有效方法.传统的SPH方法是针对可压缩流体设计的,而该方法是传统SPH方法的一个扩展.提出了一种新的可以满足不可压缩性的压强计算方法,讨论了压力和粘性力的新型计算方法.实验结果表明,提出的方法与以前的方法相比,能够更真实地模拟不可压缩流体.     

SPH方法核近似形式改进及算法研究

光滑粒子流体动力学(Smoothed Particle Hydrodynamics,SPH)方法是一种无网格拉格朗日粒子法,目前在流体力学领域以及大变形和冲击载荷等问题的模拟方面具有广泛的应用,众多学者在SPH算法方面开展了大量的研究,以提高SPH算法的计算速度和精度.针对现有SPH方法在边界附近粒子近似精度下降的问题,本文在CSPH方法和MSPH方法基础上提出了一种改进的核近似形式,在求解场函数、一阶导数近似值以及二阶导数近似值过程中,对含二阶导数项的方程进行优化,减少了二阶导数项近似值的求解个数,相比MSPH方法减少了计算量.此外,本文基于改进的SPH算法,建立了二维数值波浪水槽模拟推板造波,通过数值模拟造波将SPH算法生成的波浪参数与理论值进行对比,验证了改进的SPH方法在波浪生成和传播上具有较好的模拟效果,为后续研究内波、畸形波以及非线性波相互作用提供了算法研究基础.     

基于CUDA的大规模流体实时模拟

流体模拟是计算机图形学中一个重要课题。使用基于粒子的光滑流体动力学SPH(smoothed particle hydrodynamics)方法模拟大规模流体的运动需要大量的粒子模拟流体,计算量巨大,传统的方法很难达到实时性要求。为了解决该问题,使用NVIDIA的并行计算架构CUDA(Compute Unified Device Architecture)将SPH方法的全部处理过程在GPU上实现,充分利用了GPU并行计算的性能优势。使用Z-order排列改进已有的并行邻域搜索算法,并通过优化数据结构及存储器分配,有效缓解了SPH方法在GPU架构上的性能瓶颈。实验结果表明,该方法能实时逼真地模拟大规模流体,与已有的GPU方法相比处理速度有显著的提升。     

基于SPH方法的滴水涟漪动画模拟

光滑粒子流体动力学（Smoothed Particle Hydrodynamics,SPH）方法是一种新近发展的可用于流体模拟的无网格数值方法。文中基于SPH方法的基本原理,利用SPH方法求解描述水流现象的二维浅水波方程,根据具体模型使用Mon-aghan人工粘性的变形形式,有效地防止了相互靠近粒子的穿透,消除了SPH方法在模拟流体动力学问题时产生的数值振荡。通过使用可变光滑长度,使邻近粒子的数量保持相对稳定,提高了求解的计算效率和精度。同时,对光滑长度进行了修正以获取对称光滑长度,保持了粒子间相互作用对称性。全面考虑了各种定解条件的设置,对水滴的运动进行了模拟,SPH模拟结果与有限差分法、有限体积法结果非常吻合,验证了方法的准确性,为SPH方法的进一步发展和广泛运用奠定了基础。     

微可压缩SPH流体的稳定性固体边界处理算法

固流耦合,即流体的固体边界处理一直是基于物理的流体模拟技术的研究重点.为解决SPH流体模拟中固流耦合存在的交界面处流体粒子衰减和穿透问题,提出一种固体采样边界粒子与动量守恒保持的位置-速度修正方案相结合的固流耦合方法.首先在预处理阶段对快速格子形状匹配(fast lattice shape matching,FLSM)模型表示的固体边界进行表面和内部边界粒子采样;然后在运行过程中计算流体粒子密度和受力时考虑边界固体粒子的相对贡献;最后利用动量守恒保持的位置-速度修正方案对流体粒子进行位置和速度的修正.为了提高计算速度以满足交互式应用需求,把每个迭代步长内的计算完全并行化后加载到GPU上进行加速处理.实验结果表明,该算法实现了微可压缩SPH流体与刚体以及弹性体的双向耦合,并可以高效、稳定地模拟固流耦合中的非穿透、液滴飞溅、溶解等复杂现象.     

基于SPH方法的滴水涟漪动画模拟

光滑粒子流体动力学(Smoothed Particle Hydrodynamics,SPH)方法是一种新近发展的可用于流体模拟的无网格数值方法.文中基于SPH方法的基本原理,利用SPH方法求解描述水流现象的二维浅水波方程,根据具体模型使用Monaghan人工粘性的变形形式,有效地防止了相互靠近粒子的穿透,消除了SPH方法在模拟流体动力学问题时产生的数值振荡.通过使用可变光滑长度,使邻近粒子的数量保持相对稳定,提高了求解的计算效率和精度.同时,对光滑长度进行了修正以获取对称光滑长度,保持了粒子间相互作用对称性.全面考虑了各种定解条件的设置,对水滴的运动进行了模拟,SPH模拟结果与有限差分法、有限体积法结果非常吻合,验证了方法的准确性,为SPH方法的进一步发展和广泛运用奠定了基础.