Page 93 - 《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

n target 。而对于
因此，对于具体的仿真场景，需对仿真的计算速度和收敛性进行测试，以确定合适的
n target = 2.5 是计算精度和效率的最优选择。
超高速撞击场景，
3.2 拉伸不稳定性
基于 DART 团队的仿真算例 [46] ，设置仿真场景为玄武岩小球垂直撞击直径 0.3 m 的玄武岩大球，分
别采用人工应力法和不处理拉伸不稳定性的方法进行对比，得到撞击发生后 200 μs 的粒子分布，如图 6
所示。如图 6(b) 所示，采用不处理拉伸不稳定性的方法导致溅射物的形态不规则，而地面撞击岩石材料
实验中形成了规则的锥角，且仿真中部分溅射物有极高的速度，动量传递因子（6.15）过大。采用人工应
力法后，溅射物的形态呈明显的锥形，动量传递因子为 1.9，在其合理基准范围（1.44～2.44）内。为此，建
议在超高速撞击固体材料仿真中采用人工应力法以消除拉伸不稳定性。

2.0 2.0

1.5 1.5

1.0 1.0

0.5 0.5

x/m 0 x/m 0

−0.5 −0.5

−1.0 −1.0

−1.5 −1.5

−2.0 −2.0
−0.5 0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 −0.5 0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0
y/m y/m
图 6 采用不同拉伸不稳定性处理方法后的粒子分布
Fig. 6 Particle distributions using different tensile instability treatment methods

3.3 材料粒子分布方法
对坐标轴粒子分布法，分辨率通过改变总粒子数量和空间解析度直接影响计算精度。已经研究 [45]
表明，对于具有强度的固体材料超高速撞击，结果收敛的空间分辨率应保证在撞击器半径方向上有
10 个以上的网格或粒子，其选择取决于具体的方法和仿真场景。
对变分辨率粒子分布法，需保证均质材料不会因为粒子间距的增大而出现密度或质量分布不均匀
的现象。为此，设置无量纲变分辨率粒子分布法的测试场景：将最高分辨率的位置设在边长 100 的正方
体的一个角上，正方体的密度为 1，设置不同的 表 3 变分辨率粒子分布法测试结果
q 让粒子填充整个正方
最高分辨率 A res 和扩散比 Table 3 Test results of the variable resolution particle
体，统计正方体内的总粒子数与粒子的总质量 distribution method
（无量纲），与扩散比为 1.00 的坐标轴粒子分布 A res q 总粒子数 总质量 粒子数占比/% 总质量误差/%
法进行对比，结果如表 3 所示。 1 1.00 1 000 000 1 000 000 100 0
由表 3 可以看到，变分辨率粒子分布法可以 1 1.01 89 859 994 575 8.96 −0.54
在保证撞击影响区域有较高分辨率的情况下，显 1 1.03 10 323 982 158 1.03 −1.78
著减少粒子总数，同时空间内粒子总质量的误差 2 1.00 125 000 1 000 000 100 0
小于 3%。在质量的空间均匀性方面，将最高分 2 1.01 29 714 993 986 23.77 −0.60
辨率为 2.0 的粒子分布投影到 XY 平面，并分成 2 1.03 5 762 979 872 4.61 −2.01

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