基于SPH方法的泥石流运动仿真

发布时间：2023-10-28 18:16

　　泥石流来势凶猛、破坏力强,给人类带来巨大的灾难,由于爆发具有突然性和不可预测性,其场景拍摄比较困难,泥石流运动仿真能够展示泥石流的发展及成灾过程,因此,对泥石流运动仿真的研究具有重要意义。泥石流运动可以看作是液相浆体和固相物体的耦合运动,传统的基于几何的建模方法无法表现泥石流表面丰富的细节,本文基于物理的方法,以拉格朗日视角下的纳维斯托克方程(Navier-Stokes Equation,N-S)为起点,基于光滑粒子动力学方法(Smoothed Particle Hydrodynamics,SPH)对泥石流运动建模,具体内容如下:(1)基于SPH方法对液相浆体运动进行模拟,得出一个拉格朗日流体模拟的基本框架。对影响算法精度和效率的邻居粒子搜索算法、光滑核函数进行分析和研究,采用蛙跳算法(Leap-Frog)进行时间步长积分,更新浆体粒子的位置和速度。采用Marching Cubes算法提取密度场的等值面,构造流体表面三角形,通过渲染建立具有真实感效果的泥石流浆体表面。(2)扩展SPH方法模拟浆体和动态物体的交互。将泥石流运动场景中的物体视为刚体,根据高斯积分规则对三角形网格表示的刚体进...

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【学位级别】：硕士

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摘要
ABSTRACT
1 绪论
    1.1 研究背景与意义
    1.2 泥石流运动的相关工作
        1.2.1 泥石流的运动模型及数值模拟的研究
        1.2.2 泥石流运动可视化的研究
    1.3 流体模拟的研究现状
        1.3.1 流体模拟的非物理方法
        1.3.2 流体模拟的物理方法
        1.3.3 流体模拟的SPH方法
    1.4 流固耦合的研究现状
2 基于SPH方法的流体模拟
    2.1 N-S方程
    2.2 SPH方法的基本方程
    2.3 光滑核函数
        2.3.1 光滑核函数的性质
        2.3.2 光滑核函数的形式
    2.4 邻近粒子搜索算法
    2.5 时间步长积分
    2.6 本章小结
3 流固耦合碰撞检测与处理
    3.1 碰撞检测
    3.2 碰撞处理
        3.2.1 液相浆体的运动
        3.2.2 固相物体的运动
    3.3 本章小结
4 泥石流运动建模
    4.1 场景建模
    4.2 刚体表面粒子采样
        4.2.1 刚体表面粒子采样
        4.2.2 采样粒子优化处理
    4.3 泥石流运动建模
        4.3.1 浆体粒子与静态物体交互
        4.3.2 液相浆体与动态物体的交互
    4.4 粒子受力分析与状态更新
        4.4.1 液相浆体粒子受力分析与状态更新
        4.4.2 固相粒子受力分析
        4.4.3 固相物体状态更新
    4.5 碰撞检测算法的改进
    4.6 实验结果与分析
    4.7 本章小结
5 泥石流运动的真实感模拟
    5.1 MarchingCubes算法
        5.1.1 MarchingCubes算法简介
        5.1.2 MarchingCubes算法的实现
    5.2 泥石流浆体与场景交互的真实感绘制
        5.2.1 泥石流液相浆体与静态物体交互的真实感绘制
        5.2.2 泥石流与动态物体交互的真实感绘制
    5.3 Unity3d平台上泥石流场景建模
        5.3.1 基于Voronoi分解的破碎仿真
        5.3.2 泥石流运动过程中其他场景的建模
        5.3.3 泥石流大规模远景建模
    5.4 算法整体实现流程
    5.5 本章小结
6 总结与展望
    6.1 总结
    6.2 展望
攻读学位期间参加的科研项目及发表的学术论文
致谢
参考文献



本文编号：3857520