本技术公开了一种基于分解兼容性仿射粒子网格算法的固液耦合仿真方法,适用于弹性固体与不可压缩流体在自由滑移边界条件下的相互作用仿真。其步骤为:a)通过采用粒子与网格兼容性描述流固界面处的网格节点与粒子关系,为后续的粒子‑网格‑粒子传递提供指导;b)使用相场梯度法追踪界面处的流固兼容性和法向;c)在不兼容的网格节点间传递速度的切向分量,以防止不同相场间的速度平滑化,而速度的法向分量则不受限制地传递,实现流固界面的顺畅分离。本发明有效减少了传统MPM方法中的非物理粘性,提供了更精确的固液耦合仿真效果。
背景技术
近几十年来,流体流动和固体变形的模拟在视觉特效行业中至关重要。在计算机图形学中,复杂的控制方程通常被离散化到粒子或网格上。具体而言,一般有粒子方法、网格方法和粒子网格混合方法。基于网格的方法在梯度计算上的稳定性和便利性更好,但会出现显著的数值耗散,并且在准确追踪几何边界方面存在困难;而粒子方法更适于表现物体的大尺度形变,但受数值稳定性影响;粒子网格混合方法结合了粒子和网格的优点,可以更好的拓扑追踪和数值稳定性。物质点法(MPM)是粒子网格混合方法的一种,它是从粒子-网格法(PIC)和流体隐式粒子法(FLIP)拓展到固体力学的广义框架。MPM采用B样条核函数来促进粒子与网格之间物理属性的传递。粒子承担着携带质量、速度、位置和变形梯度等重要物理量的任务,而网格则用于执行梯度计算和管理碰撞处理。这种任务分工使MPM能够利用粒子和网格的优势,从而实现更精确和稳定的模拟。MPM中粒子与网格交换信息通常采用仿射粒子网格法(APIC)传递方案。尽管APIC在大多数情况下确实使粒子更加活跃,但它仍然面临严重的数值粘性问题,导致流体和固体难以分离。
实现思路