多介质拉氏自适应流体动力学软件LAD2D研制及其应用

王瑞利　林忠　温万治　魏兰　林文洲

摘要：拉氏方法是内爆动力学过程数值模拟的主要方法.针对高温、高压、多介质和大变形等内爆问题，采用非结构任意多边形网格底层管理、计算过程中网格邻域可变技术，以及拉氏自适应网格加密方法和层次化、模块化程序设计思想，自主研发非结构拉氏自适应网格流体动力学软件LAD2D.从物理模型、计算方法、程序设计、程序验证与确认、大变形问题数值模拟等方面系统地介绍LAD2D.LAD2D对多介质爆轰弹塑性流体大变形问题有很强的适应能力.

关键词：多介质； 大变形； 非结构网格； 任意多边形网格； 自适应网格； LAD2D

中图分类号： TB115.1；TP319

文献标志码：B

0 引 言

拉氏方法是高温高压多介质内爆流体动力学过程数值分析的主要方法，其特点是以物质坐标为基础，其描述的网格单元以类似于“雕刻”的方式划分在用于分析的结构上，即拉氏方法描述的网格和分析的结构是一体的，网格节点即为物质点.采用这种分析方法，结构形状的变化与有限元网格的变化完全一致，物质不会在单元与单元之间发生流动.这种方法的主要优点是能够非常精确地描述结构边界的运动，但在处理大变形问题时，由于算法本身的限制，会出现严重的网格畸变现象.

二维拉氏自适应流体动力学程序（Lagrangian Adaptive hydro Dynamics code in 2D space，LAD2D）是结合二维流体力学数值方法的最新研究成果，是特别针对复杂工程和强间断复杂流体大变形问题的数值模拟而自主研发的二维非结构拉氏自适应高可信度流体动力学程序.LAD2D程序以四边形网格为主、非结构任意多边形网格为辅，是有限体积格式的通用爆轰弹塑性流体动力学的数值模拟程序，特别适合求解各种二维内爆、高速碰撞等流动问题.

1 物理模型

物理模型采用柱对称爆轰弹塑性流体动力学模型以及多介质、自由面、固壁和滑移界面模型，考虑复杂状态方程、爆轰模型和各种黏性（人为黏性、沙漏黏性和子网格压力等）的简单理想塑性模型.

摘要：拉氏方法是内爆动力学过程数值模拟的主要方法.针对高温、高压、多介质和大变形等内爆问题，采用非结构任意多边形网格底层管理、计算过程中网格邻域可变技术，以及拉氏自适应网格加密方法和层次化、模块化程序设计思想，自主研发非结构拉氏自适应网格流体动力学软件LAD2D.从物理模型、计算方法、程序设计、程序验证与确认、大变形问题数值模拟等方面系统地介绍LAD2D.LAD2D对多介质爆轰弹塑性流体大变形问题有很强的适应能力.

关键词：多介质； 大变形； 非结构网格； 任意多边形网格； 自适应网格； LAD2D

中图分类号： TB115.1；TP319

文献标志码：B

0 引 言

拉氏方法是高温高压多介质内爆流体动力学过程数值分析的主要方法，其特点是以物质坐标为基础，其描述的网格单元以类似于“雕刻”的方式划分在用于分析的结构上，即拉氏方法描述的网格和分析的结构是一体的，网格节点即为物质点.采用这种分析方法，结构形状的变化与有限元网格的变化完全一致，物质不会在单元与单元之间发生流动.这种方法的主要优点是能够非常精确地描述结构边界的运动，但在处理大变形问题时，由于算法本身的限制，会出现严重的网格畸变现象.

二维拉氏自适应流体动力学程序（Lagrangian Adaptive hydro Dynamics code in 2D space，LAD2D）是结合二维流体力学数值方法的最新研究成果，是特别针对复杂工程和强间断复杂流体大变形问题的数值模拟而自主研发的二维非结构拉氏自适应高可信度流体动力学程序.LAD2D程序以四边形网格为主、非结构任意多边形网格为辅，是有限体积格式的通用爆轰弹塑性流体动力学的数值模拟程序，特别适合求解各种二维内爆、高速碰撞等流动问题.

1 物理模型

物理模型采用柱对称爆轰弹塑性流体动力学模型以及多介质、自由面、固壁和滑移界面模型，考虑复杂状态方程、爆轰模型和各种黏性（人为黏性、沙漏黏性和子网格压力等）的简单理想塑性模型.

摘要：拉氏方法是内爆动力学过程数值模拟的主要方法.针对高温、高压、多介质和大变形等内爆问题，采用非结构任意多边形网格底层管理、计算过程中网格邻域可变技术，以及拉氏自适应网格加密方法和层次化、模块化程序设计思想，自主研发非结构拉氏自适应网格流体动力学软件LAD2D.从物理模型、计算方法、程序设计、程序验证与确认、大变形问题数值模拟等方面系统地介绍LAD2D.LAD2D对多介质爆轰弹塑性流体大变形问题有很强的适应能力.

关键词：多介质； 大变形； 非结构网格； 任意多边形网格； 自适应网格； LAD2D

中图分类号： TB115.1；TP319

文献标志码：B

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拉氏方法是高温高压多介质内爆流体动力学过程数值分析的主要方法，其特点是以物质坐标为基础，其描述的网格单元以类似于“雕刻”的方式划分在用于分析的结构上，即拉氏方法描述的网格和分析的结构是一体的，网格节点即为物质点.采用这种分析方法，结构形状的变化与有限元网格的变化完全一致，物质不会在单元与单元之间发生流动.这种方法的主要优点是能够非常精确地描述结构边界的运动，但在处理大变形问题时，由于算法本身的限制，会出现严重的网格畸变现象.

二维拉氏自适应流体动力学程序（Lagrangian Adaptive hydro Dynamics code in 2D space，LAD2D）是结合二维流体力学数值方法的最新研究成果，是特别针对复杂工程和强间断复杂流体大变形问题的数值模拟而自主研发的二维非结构拉氏自适应高可信度流体动力学程序.LAD2D程序以四边形网格为主、非结构任意多边形网格为辅，是有限体积格式的通用爆轰弹塑性流体动力学的数值模拟程序，特别适合求解各种二维内爆、高速碰撞等流动问题.

1 物理模型

物理模型采用柱对称爆轰弹塑性流体动力学模型以及多介质、自由面、固壁和滑移界面模型，考虑复杂状态方程、爆轰模型和各种黏性（人为黏性、沙漏黏性和子网格压力等）的简单理想塑性模型.