溃坝流冲击特性的B样条物质点法模拟研究

来源：计算力学学报杂志2025年第5期北京时间：

作者：华云军,周晓敏,徐云卿,孙政

单位：江西理工大学 土木与测绘工程学院, 赣州 341000,江西理工大学 土木与测绘工程学院, 赣州 341000,江西理工大学 河流源头水生态保护江西省重点实验室, 赣州 341000,江西理工大学 土木与测绘工程学院, 赣州 341000,江西理工大学 土木与测绘工程学院, 赣州 341000,江西理工大学 河流源头水生态保护江西省重点实验室, 赣州 341000

摘要：准确模拟溃坝的冲击特性对溃坝流灾害预测和防治具有重要意义。B样条物质点法作为物质点法的一种改进算法,有效提高了计算精度和改进了收敛性。然而,B样条物质点法基于张量网格而非欧拉背景网格进行控制方程的求解;同时,其插值形函数具有更大的影响域;因此,在求解流固耦合等接触问题时存在过早接触、接触界面不易捕捉、接触力难以计算等问题。在同一B样条物质点张量网格空间内,基于同一结点的相对速度以及单位外法线实现接触界面的准确捕捉;采用格列维尔公式(Greville Abscissa),实现接触物体的精准接触,避免过早或虚假接触;通过拉格朗日乘子法,准确判定界面接触力,构建采用流固统一描述的流固强耦合高精度接触算法,开展溃坝流体冲击刚性和弹性障碍物模拟研究,并与已有试验结果或模拟结果进行对比。结果表明,模拟所得冲击荷载及结构变形演化规律与已有试验结果/模拟结果吻合较好;对刚性障碍物,随水位高度和溃坝坡度的增大,冲击压力峰值分别呈现下凹型抛物增长和正相关指数函数增长;对弹性障碍物,冲击压力峰值随探测点高度的增大呈负相关指数函数递减。验证了基于B样条物质点法接触算法模拟溃坝流冲击问题的可行性和有效性,为模拟溃坝流冲击问题提供一种新视角。

关键词：溃坝流,冲击特性,B样条物质点法,接触算法,

基金资助：国家自然科学基金(12262013;11902127);江西省自然科学基金杰出青年基金(20232ACB211005);江西省主要学科学术和技术带头人培养计划(20225BCJ23022)资助项目.