SPH-FEM
關注創建者：匿名 創建時間：2021-08-10
SPH-FEM的視頻教程
LS-DYNA的PBM-SPH-FEM耦合模擬邊坡爆破巖塊拋擲
2.講解了巖石SPH粒子和FEM有限元的耦合方法，采用了新的存在初始間距的耦合方式，解決了先前使用SPH方法有時會報錯的問題。 3.講解了PBM-SPH-FEM三者耦合方式，詳解如何模擬損傷裂紋擴展、巖塊飛散、拋擲和堆積，即可以模擬SPH的拋擲，也可以模擬出FEM單元斷裂、拋擲的效果，詳見課程第一節。
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SPH-FEM爆破應用
最近在學習SPH-FEM在爆破工程中的應用，根據陳一曦等人《平行掏槽孔內延時爆破技術的SPH-FEM數值模擬》論文進行的仿真模擬，應剛接觸此方法，存在不足之處，還請各位大神批評指正。根據需求，后期更新完整視頻，涵蓋建模、網格劃分、k文件修改等內容。
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SPH-FEM耦合方法step by step講解
本課程step by step講解了SPH-FEM耦合方法在Ls-prepost軟件中的應用，主要有兩種方法：直接建模和節點轉換法。附件中為視頻中用到的模型，還有一個完整的SPH-FEM耦合侵徹仿真的k文件，供大家學習！ 說明：本課程不接受QQ答疑，視頻內容問題請在下方留言，我看到會及時解答，謝謝
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SPH-FEM的實例教程
光滑粒子動力學（smoothed particle hydrodynamics，SPH）的基本思想是將連續體離散為相互作用的粒子，每個粒子具有密度、質量以及相關物理屬性，粒子間運動遵循牛頓第二定律；其本質是一種拉格朗日方法，運用插值理論將宏觀變量（如壓力、密度以及溫度等）一系列無序點的值通過微分形式轉換成積分運算。SPH法采用粒子劃分，不依賴于網格，具有很好的自適應性，可以避免網格畸變，適合切削引起的大變形問題。然而SPH法對每個粒子進行計算時，需要搜索影響區域內近鄰的粒子信息、粒子物理量計算和搜索信息都比較費時，因此計算效率比普通的有限元法低，對于三維模型占用計算機資源較大。
針對SPH與FEM的各自特點，為提高計算效率并消除網格畸變，采用SPH與FEM耦合的方法解決切削數值模擬問題。在變形大的區域采用SPH，避免FEM的網格畸變過大造成計算困難。在變形小的區域采用FEM，以提高計算效率。SPH與FEM耦合算法分為固定耦合算法和自適應耦合算法。固定耦合算法在計算之前就已確定SPH區域和FEM區域。自適應耦合算法則在計算之前都是FEM網格，在計算過程中自動地將大變形的有限元網格單元轉換為光滑粒子，并按SPH法計算物理量。
基于以上考量，本文運用ANSYS/LS-DYNA進行了SPH-FEM耦合算法的拉伸試驗模擬。
2、模型設置
分析模型如下圖所示，拉伸件兩端采用殼單元，中間段采用SPH粒子法劃分。粒子與殼單元接觸段采用tie功能進行綁定，以實現FEM與SPH之間的耦合計算。
展開 光滑粒子流體動力學（SPH）是一種無空間網格的連續介質動力學計算方法。這種方法最初主要用于研究天體物理現象，目前該方法的研究成果已涉及多個領域，近年來，SPH方法開始涉及土體材料特性的研究，已被應用在山體滑坡，挖孔成樁等土體大變形問題中。這些研究均證明SPH方法能夠精確描述土體在不同不變形階段的力0學性質，并具有較高的計算精度和穩定性。
本文采用SPH-FEM方法模擬土壤受沖擊的整個過程，證明該方法在處理土壤受沖擊問題中的適用性。該研究為以后分析散體介質受沖擊的動力學行為提供了一種穩定的數值模擬方法，為以后的研究工作奠定了基礎。
2、數值模型
本文采用LS-Dyna對半球殼撞擊試驗進行SPH-FEM耦合方法數值分析，如下圖所示。考慮到模型的對稱性并且為了節約計算時間，本文建立1/2模型進行分析。半球殼及四周采用有限元單元，內部土壤采用SPH粒子。有限元單元為實體單元，按六面體單元劃分網格，劃分網格后半球殼共有600個單元，四周土壤共有13248個單元，內部土壤共有125000個SPH粒子。
土壤及半球殼材料設置如下：
半球殼與土壤SPH粒子定義為侵蝕接觸，土壤有限元單元與土壤SPH粒子定義為點面接觸，以保證不同算法間的協調一致性。在SPH與FEM耦合處理中，將SPH粒子定義為從節點，將與SPH粒子接觸界面上的有限元單元為主面。為了完全消除應力波反射作用，在模型四周及底面有限單元面施加無反射邊界，以描述半無限土體空間。
3、結果分析
以上為本模型的計算結果展示，可以看出SPH-FEM耦合法能充分利用傳統有限元法的高計算效率和光滑質點流體動力學法處理土體大變形的優勢。正是由于這些優點，該方法已大量應用于巖土工程的研究中。
展開 SPH-FEM耦合 ￥20
做了一個簡單的SPH-FEM耦合實例，SPH-FEM耦合方法廣泛應用于爆炸與沖擊的數值計算中。通過關鍵字CONTACT_TIED_NODES_TO_SURFACE連接有限元界面和相鄰的SPH粒子。
<ol><li class="ql-align-center"><strong>內容簡介</strong></li></ol><p>該案例以藥柱在混凝土內部爆炸為例，講解如何采用SPH_FEM耦合算法實現藥柱爆炸對混凝土損傷的數值模擬。該案例主要內容如下：</p><p>（1）如何建立SPH_FEM爆炸模型，</p><p>（2）SPH相關控制關鍵字如何設置，</p><p>（3）如何實現SPH和FEM之間的耦合，</p><p>（4）如何控制不同藥柱的起爆時間，</p><p>（5）如何查看混凝土的損傷參數。</p><div contenteditable="false" width="100%">
<hr>
</div><p><br></p><p><br></p><p><br></p><p><br></p><p><br></p><p><br></p><div contenteditable="false" width="100%">
<figure class="figure-image" data-img="https://img.jishulink.com/202403/attachment/35a68e74f4ec47e7a9a90046a3c0d3cd.gif" style="text-align: center">
<img src="https://img.jishulink.com/202403/attachment/35a68e74f4ec47e7a9a90046a3c0d3cd.gif" style="" width="356" data-mobile-src="https://img.jishulink.com/202403/attachment/35a68e74f4ec47e7a9a90046a3c0d3cd.gif?
展開 (k文件)LS-DYNA的FEM-SPH耦合三維爆破模擬 ￥49.99
由于在沖擊荷載下存在有限元大變形的問題，因此SPH-FEM耦合法常被用于模擬爆炸、侵徹等問題。下面給出SPH-FEM模擬爆破的結果，并附有k文件供參考學習。
炮孔附近的巖石及炸藥采用SPH粒子，遠端采用有限元。FEM和SPH設置點面tied接觸傳遞力和損傷，接觸剛度設為0.1以提高穩定性。SPH粒子對稱面的約束通過關鍵字*BOUNDARY_SPH_SYMMETRY_PLANE施加，有限元的對稱面的約束用關鍵字*CONSTRAINED_GLOBAL施加。巖石采用HJC模型，后處理查看History variable#1為損傷變量。
模擬結果如下：
可以看到，損傷和力可以連續地從SPH粒子傳到有限元。馮·米塞斯等效應力云圖如下：
SPH法同樣可以應用于侵徹靶板、水射流破巖等領域。歡迎交流相關問題。
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SPH-FEM的相關專題、標簽、搜索
SPH-FEM的最新內容
<p>基于LS-DYNA軟件，磨料采用DEM、水采用SPH、靶材采用FEM、</p><p>采用無限注射磨料水射流，靶材為恒定轉速旋轉狀態</p><p><br></p><figure style="text-align: center;" class="ql-align-center"><figure class="figure-image" contenteditable="false" data-img
<p>基于LS-DYNA軟件，采用SPH-FEM耦合算法構建剛體彈體侵徹土壤數值模型，其中土壤采用SPH粒子建模，彈體采用FEM網格建模。
+ FEM耦合
小結
從工程角度來看：
ALE → 控制沖擊波
SPH → 處理破碎
FEM → 描述結構
三者協同，是當前爆炸仿真的主流技術路線。
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<p>本案例為鋁合金板切削與打孔算例。</p><p>刀具為剛體，采用FEM建模，鋁合金材料為JC模型，采用SPH建模。</p><p><br></p><figure style="text-align: center;" class="ql-align-center">
<figure class="figure-image" contenteditable="false" data-img="
<p>本案例為LS-DYNA高級應用，使用S-ALE-FEM-SPH耦合算法計算鋼筋混凝土墻動態破壞及碎片云形成過程。
[圖片]
深孔爆破，sph-fem耦合，模擬炸藥在炮孔中爆炸后對孔腔的擴張效果
炸藥和炸藥周圍巖礦設置為sph算法
該案例主要內容如下：</p><p>（1）如何建立SPH_FEM爆炸模型，</p><p>（2）SPH相關控制關鍵字如何設置，</p><p>（3）如何實現SPH和FEM之間的耦合，</p><p>（4）如何控制不同藥柱的起爆時間，</p><p>（5）如何查看混凝土的損傷參數。
具體采用SPH-FEM耦合的方法，建立了切削過程的熱固耦合模型，得到應力云圖和溫度云圖，有需求的可以下載k文件。
應力云圖
溫度云圖
整體模型
SPH粒子與有限元網格耦合
