三维多物质欧拉界面处理的并行算法研究(3)
从表1中可以看出:
①同一模型中,分区越多的计算速度越快;
②不同网格模型中,网格数越多,其加速比也越高。
表1 不同模型的加速比进程数1号模型2号模型3号模型4号模型
2)不同分区的算例测试
选取空中爆炸模型,炸药类型为TNT,装药密度为1.65 g/cm3,装药半径为1 m,装药量为6.9 t,爆速为6.970 mm/ μs,空气密度为1.29 × 10-3g/cm3。分区统一划分为1×1×1,1×3×1,1×1×3和3×1×1四种模型,其中1×1×1模型算例等价于于串行算法,而其它模型代表3种不同的分区方法。
对算例1及算例2进行全局监测,对算例3采用10个关键点进行压力监测。测试结果表明:算例1、算例2爆炸在各分区的检测结果基本一致,分别如图6、图7所示。
图6 算例1的二维切片结果
图7 算例2的二维切片结果
算例3的10个关键点各分区的压力测试结果如表2所示。
表2 算例3不同分区的冲击波峰值超压值离爆炸中心距离/m1×1×1(0.1MPa)3×1×1(0.1MPa)1×3×1(0.1MPa)1×1×3(0.1MPa)........
由表2中可以看出,1×3×1,1×1×3和3×1×13个分区关键点的空中爆炸冲击波波峰数值完全一致,但却与1×1×1的划分区域有些许区别,主要原因如下:1)网格的划分会使串行计算数值和并行计算数值有一定的误差;2)程序设计中,很多网格介质标志的判定方法比较粗糙存在误判问题。
从上述的算例测试可以看出,不同的分区不会对计算结果产生影响,证明了程序可以对计算域进行任意划分。
4 程序的实例仿真
4.1 空中爆炸
选取炸药类型为TNT,装药密度为1.65 g/cm3,装药半径为1 m,装药量为6.9 t,爆速为6.970 mm/μs,空气密度为1.29×10-3 g/cm3,爆轰产物的多方指数k0取3,爆轰产物充分膨胀下的多方指数k1取3.16,边界条件为连续性边界,计算区域大小为100 m×10 m×10 m,网格划分为400×40×40。
根据前人大量的实验,空中爆炸冲击波峰值的超压计算公式如式3所示:
式中,ΔPm表示空气冲击波波峰超压(0.1 Mpa),w表示装药量(kg),r表示距爆炸中心的距离(m)。根据式(3)及本文设计程序的数值模拟后的结果如表3所示。
表3 冲击波峰值超压数值解和经验公式解的比较爆炸中心距离公式(3)数值解爆炸中心距离公式(3)数值解.764..1419..183..2217..931..2512..451..579..640.61
从表中可以看出,本文设计的程序数值计算结果与前人的实验结果基本一致,说明了本文所设计算法及程序的正确性。
4.2 聚能射流
选取的计算模型药型罩为等壁厚锥形,厚度2 mm,材料45#钢,药柱的锥形角120°,高33 mm,直径40 mm,边界条件为连续性边界,计算域大小为46 mm×46 mm×150 mm,网格步长为0.5 mm。
应用本文所设计程序的模拟结果如图9所示。
图9 聚能射流二维切片的程序模拟图
实际的聚能射流如图10所示。
图10 聚能射流的实际效果图
从图9的程序模拟结果可以清楚地看出,聚能射流过程中共有3种介质交互作用,相互之间界面清晰,说明改进的Youngs算法的界面处理是非常精确的。
从图9和图10中可以看出,在金属射流不断伸长的过程中,从头部到尾部,速度逐渐减小,且图9的模拟结果和图10的实验结果基本一致,证明了算法及程序的正确性。
5 结论
本文设计了基于改进Youngs界面处理技术的Euler并行算法,并采用MPI标准消息传递接口编制了流体弹塑性动力学的并行程序,然后对程序进行了并行性能分析和算例测试,结果表明并行算法对程序的加速比有较大的提高,而不同分区对并行算法的计算结果没有影响。最后通过对空中爆炸和聚能射流的实例仿真,证明了并行算法及程序的正确性,对爆炸冲击问题的研究具有重要意义。
文章来源:《爆炸与冲击》 网址: http://www.bzycjzz.cn/qikandaodu/2021/0709/1296.html