Page 98 - 《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

深度误差减小。内聚力为 26.5 MPa 时，材料的静态抗拉强度最接近实验值，仿真的撞击坑尺寸和动量传
递因子也最符合实验值。

m k 参数
表 6 不同 Y 0 的 、
Table 6 m and k for different Y 0
Y 0 /MPa m k/m −3 σ bs 误差/% 坑直径误差/% 坑深度误差/% β误差/%
20.0 9.5 9.0×10 39 −10.7 −10.9 18.5 −12.0
26.5 10.0 2.7×10 41 −1.7 −12.7 11.1 −12.7
30.0 9.75 2.5×10 40 0.5 −16.4 11.3 −15.1
35.0 9.0 5.0×10 37 −2.0 −18.2 7.4 −16.3

同一强度模型和损伤模型下的不同参数组合可以仿真得到相近的撞击现象。模型参数更接近材料
的真实物理值时，仿真结果与实验结果符合最好。因此，通过仿真反向搜索未知的强度或损伤模型参数
时，其余参数需要合理取值，以避免大的误差。

4 结 论

基于地面超高速撞击玄武岩靶体实验，采用 Riemann-SPH 方法和改进的变分辨率粒子分布进行了
仿真，分析了影响仿真结果的算法参数和材料模型参数，得到以下主要结论。
(1) 在材料模型参数符合相关力学参数合理取值的情况下，复现了超高速撞击玄武岩弹道摆实验的
撞击响应结果，得到的撞击坑尺寸和动量传递因子误差在 10%～20% 范围内。
(2) 对于超高速撞击防御小行星及地面撞击实验场景，推荐采用人工应力法以解决拉伸不稳定性及
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其导致的计算错误问题。对于超高速撞击防御小行星场景，选用 Wendland C 核函数并设置光滑长度半
n target = 2.5 ，可实现计算精度和效率的兼顾。
径内的期望粒子数
(3) 变分辨率粒子分布法能在撞击点附近精细建模，同时能减少非主要影响区域的粒子数，对于本
文的地面实验三维仿真算例，减少了 95% 以上的粒子计算，计算速度提高了 20 倍以上。
(4) 超高速撞击岩石材料仿真中，不同的强度模型和损伤模型能得到相似的撞击响应结果，需考虑
材料模型的准确性及其参数的合理性，以免错误解释材料参数。岩石的抗压强度不能等效于其内聚力，
建议选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。超高速撞击
时，弹丸材料会发生相变，应在仿真中考虑相变。

(5) Lundborg 强度模型中的极限强度 Y M 对撞击坑尺寸、动量传递因子影响不大，但 Y M 的增大会导致
撞击坑侧面出现从表面向下延伸的异常损伤，需合理考虑其取值范围。

(6) Benz-Asphaug 概率损伤模型参数对于仿真结果有较大影响。在缺少测量值的情况下，需进行反
向搜索，此时，其余参数需要合理取值，以避免大的误差。

对劳伦斯·利弗莫尔国家实验室及 Spheral 的开发者们谨表感谢。

参考文献：

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