Page 112 - 《爆炸与冲击》2026年第01期

第 46 卷 陈 丁，等： 非药式水下爆炸冲击波加载的PD-SPH建模与分析 第 1 期

本案例采用多 GPU 并行计算架构显著提升了计算效率。表 3 展示了 0.8 ms 模拟时长下的加速比
测试数据，计算耗时随 GPU 数量增加呈显著缩短趋势。当使用 8 卡 RTX4090 并行计算时，加速比达
4.13，并行效率保持为 52%，可在 82 min 时间内完成复杂流固耦合破坏过程的全程模拟。这种高效的数
值求解能力为开展大规模精细化冲击损伤分析提供了可靠的技术支撑。

表 3 不同 GPU 配置下的格栅夹层薄板破坏全过程模拟的计算耗时
Table 3 Computation time of the whole process of grid sandwich thin-wall structure for different GPUs
GPU数量 配置 计算耗时/min 加速比 并行效率/%
1 RTX4090 339 1.00 100.0
4 4*RTX4090 114 3.08 77.0
8 8*RTX4090 82 4.13 51.6

5 结 论

针对舰艇抗爆炸冲击性能分析中流固耦合的结构变形破坏问题，通过融合近场动力学（PD）与光滑
粒子流体动力学（SPH）方法，提出并验证了一种高效的 PD-SPH 流固耦合数值分析方法。针对大规模精
细化模拟需求，基于欧拉区域分解的多 GPU 并行加速，提高仿真计算效率。通过构建非药式水下爆炸冲
击波加载的 PD-SPH 模式，验证了 PD-SPH 耦合模型在冲击破坏模拟中的适用性，为防护结构的多尺度
优化设计提供了理论依据，得到的主要结论如下。
(1) 基于 PD 方法在固体介质损伤断裂模拟的优势，结合 SPH 方法在流体界面追踪的算法优势，所建
立的 PD-SPH 耦合模型成功实现了非装药式水下爆炸冲击波加载过程的精细化模拟，在预测壁面压力及
靶体破坏模式上均展现出良好的适用性。
(2) 通过引入基于欧拉域分解的多 GPU 并行加速架构，构建了面向超大规模粒子系统的数值计算框
架。实测数据表明，针对格栅夹层结构这类典型防护构型，在超 500 万级粒子规模的复杂流固耦合场景中，
实际计算耗时可压缩至小时量级，8 卡 RTX4090 相比单卡 RTX4090 加速比为 4.13，并行效率 51.6%。
(3) 典型案例研究表明，发展的 PD-SPH 耦合算法能够有效捕捉结构在强非线性流固耦合作用下的
结构动态损伤演化过程，为舰艇防护结构的抗爆性能评估与多目标优化设计提供了新的技术手段。因
水下爆炸涉及爆轰产物气泡脉动以及在流固耦合附近的空化对结构破坏以及应力波传播带来影响，后
续还需开展考虑强非线性流固耦合效应作用的结构破坏 PD-SPH 模型研究。

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