Page 92 - 《爆炸与冲击》2026年第4期

第 46 卷 刘晏东，等： 超高速撞击玄武岩材料的Riemann-SPH仿真参数分析与验证 第 4 期

Riemann-SPH 方法的可行性。撞击速度为 3.90 km/s 时的靶体外观如图 4 所示，仿真结果与实验结果类
似，出现了碗状深坑及坑边缘的拉伸损伤剥落层，撞击面出现了由撞击点扩散的裂纹。溅射物的形态与
文献 [49] 中超高速撞击岩石类材料后，颗粒与未损伤碎块同时出现的情况基本吻合。

表 2 不同撞击速度的仿真与实验对比
Table 2 Comparison of simulation and experimental results at different impact velocities
坑直径 坑深度 动量传递因子β
−1
速度/(km·s )
实验 [15] /mm 仿真/mm 误差/% 实验 [15] /mm 仿真/mm 误差/% 实验 [15] 仿真 误差/%
2.30 42 35 −16.7 10 10 0 1.96 1.57 −19.9
3.47 52 43 −17.3 12 14 16.7 2.39 2.02 −15.5
3.90 55 48 −12.7 13.5 15 11.1 2.51 2.19 −12.7

Damage
1.00
0.75
0.50
0.25
0

图 4 撞击速度为 3.90 km/s 时的靶体外观（红色虚线为完整坑，白色虚线为中心碗状深坑）
Fig. 4 Appearances of the target at the impact velocity of 3.90 km/s (the red dotted line is the complete pit,
and the white dotted line is the center bowl-shaped deep pit)
3 数值仿真参数的影响

3.1 光滑长度半径内粒子数
n target ，基于地面实验的仿真算例得到不同
为找到兼顾精度和速度的光滑长度半径内期望粒子数
n target 分别取 2.0、2.5 和 3.0 工况下，40 μs 时弹丸粒子分布如图 5 所示。可以看
n target 时的弹丸粒子形态。
n target 的增大，
到， n target = 2.0 工况下，弹丸粒子散布较广、形态不规则，与回转对称的仿真场景不符。随着
n target 较小时，先射出的溅射物粒子密
弹丸粒子形态逐渐稳定，具有更高的仿真精度，但单步用时增加。
度偏高，符合 Wendland C 核函数在支持域内粒子数较少情况下的质量高估计预期 [21] 。三维场景下，当
2
n target = 2.5 时，支持域内邻居粒子数约为 65 个，多于 n target = 2.0 时的 33，少于 n target = 3 时的 113，且其弹丸粒
2
子形态接近稳定。在 Wendland C 核函数的支持域半径为 1 倍光滑长度的情况下，通常 n target ≥2 [23] ；在
19 km/s 的超高速撞击仿真研究中，文献 [50] 建议 n target = 2.5 。

(a) n target =2.0 (b) n target =2.5 (c) n target =3.0
n target 的弹丸粒子形态
图 5 不同
Fig. 5 Particle morphologies of projectiles with different n target

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