Page 85 - 《爆炸与冲击》2026年第4期

第 46 卷 第 4 期 爆 炸 与 冲 击 Vol. 46, No. 4
2026 年 4 月 EXPLOSION AND SHOCK WAVES Apr., 2026

DOI：10.11883/bzycj-2024-0440

超高速撞击玄武岩材料的 Riemann-SPH

仿真参数分析与验证 *

1,2
1,2
刘晏东 ，周 琪 ，李明涛 1,2
（1. 中国科学院国家空间科学中心，北京 100190；
2. 中国科学院大学计算机科学与技术学院，北京 100190）

摘要： 为研究超高速撞击玄武岩材料光滑粒子流体动力学（smoothed particle hydrodynamics，SPH）仿真中的参数影
响，基于现有 Riemann-SPH 方法对地面超高速撞击玄武岩实验进行了仿真分析与验证，发现 SPH 仿真结果受算法参数
与材料模型参数影响较大，同时材料强度模型与损伤模型的影响存在耦合性。研究结果表明：超高速撞击 SPH 仿真
2
中，考虑人工应力法可以避免固体冲击仿真中出现的拉伸不稳定性；对于超高速撞击场景，使用 Wendland C 核函数并
设置光滑长度半径内期望粒子数为 2.5，可实现计算精度和效率的兼顾，其计算速度比变分辨率粒子分布方法提升了
20 倍以上。在地面实验的仿真中，弹丸材料可能发生相变，而玄武岩靶体在不同模型与参数组合下产生了相似的仿真
响应结果。建议使用更符合岩石材料力学特性的 Lundborg 强度模型和 Benz-Asphaug 概率损伤模型，并考虑相变计算，
最终得到参数搜索取值规律，即在反向搜索未知参数时，应以其他参数的合理取值为约束，从而避免较大的参数误
差。在保证合理的模型参数情况下，仿真得到的撞击坑尺寸和动量传递因子与实验的误差在 10%～20% 范围内。相
关参数取值方法为开展超高速撞击防御小行星 SPH 仿真及参数选择提供了依据。
关键词： 超高速撞击；SPH 方法；行星防御；参数分析
中图分类号： O347.3; P185.7 国标学科代码： 13015 文献标志码： A

Parameter analysis and validation for Riemann-SPH simulation
of hypervelocity impact on basalt material

1,2
1,2
LIU Yandong , ZHOU Qi , LI Mingtao 1,2
（1. National Space Science Center, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100190, China;
2. School of Computer Science and Technology, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100190, China）

Abstract: To study the effects of parameters in smoothed particle hydrodynamics (SPH) simulations of hypervelocity impacts
on basalt, numerical analysis and validation were performed using the Riemann-SPH method based on ground-based impact
tests. By adjusting various simulation parameters, the influence of parameters on the simulation can be obtained. Results show
that both algorithmic and material parameters significantly influence the simulation, with coupling between strength and
damage models. Applying the artificial stress method helps suppress tensile instability in solid impacts. Using the Wendland C 2
kernel with a target of 2.5 particles within the smoothing length optimizes both accuracy and efficiency, and variable-resolution
particle distribution improves performance by over 20 times. In simulations, the impactor may undergo a phase transition, and
different model and parameter combinations can yield similar responses. It is recommended to employ the Lundborg strength
model and the Benz-Asphaug stochastic damage model, which better represent the mechanical behavior of rocky materials, and

* 收稿日期： 2024-11-11；修回日期： 2025-11-20
基金项目： 空间碎片与近地小行星防御科研专项（KJSP2023020303）
第一作者： 刘晏东（2000－ ），男，博士研究生，2205881310@qq.com
通信作者： 李明涛（1982－ ），男，博士，研究员，limingtao@ucas.ac.cn

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