PreSys在爆炸与多介质流固耦合中的建模方法：从ALE到SPH的工程实践

原创

于 2026-02 发布

标签：#FSI #ExplosionSimulation #ALE #SPH #PreSys #CFD #FEM

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在爆炸与冲击仿真领域，多介质流固耦合（FSI）问题一直是数值计算的核心难点。从空气冲击波传播到结构破坏，再到破片飞散，整个过程涉及强非线性、大变形与多尺度耦合。

基于 PreSys 的工程实践，这类问题可以通过 ALE + SPH + Lagrange 多方法协同实现稳定求解。

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爆炸流固耦合建模：ALE方法的核心逻辑

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在典型爆炸问题中：

• 流体域（空气 / 水 / 炸药） → Euler 或 ALE

• 固体域（结构 / 装甲 / 混凝土） → Lagrange

• 耦合方式 → 接触 + 压力映射

# ALE-FSI建模示意
model.fluid.domain = "ALE"
model.solid.domain = "Lagrange"
model.coupling.type = "FSI"
model.explosive.eos = "JWL"

关键点：

• ALE避免网格畸变

• 自动网格重分布保证稳定性

• 适用于冲击波传播问题

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极端破碎问题：SPH方法的优势

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当问题涉及：

• 壳体破裂

• 破片飞散

• 材料完全失效

传统 FEM 会出现严重网格畸变，此时采用 SPH：

# SPH方法示意
model.method = "SPH"
model.particle.spacing = 0.002
model.contact.algorithm = "particle_contact"

优势：

• 无网格依赖

• 天然适应大变形

• 更适合爆炸近场

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材料模型：爆炸仿真的关键

典型组合：

• 炸药 → JWL + 点火增长模型

• 空气 → Gamma Law / Polynomial EOS

• 金属 → Johnson-Cook

• 混凝土 → RHT / CSCM

material.explosive = "MAT_HIGH_EXPLOSIVE_BURN"
material.rock = "RHT"
material.metal = "Johnson-Cook"

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工程难点与优化策略

问题	解决方案
数值不稳定	ALE + 自适应网格
计算量巨大	并行计算（MPP）
参数敏感	正交试验标定
多尺度问题	SPH + FEM耦合

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小结

从工程角度来看：

• ALE → 控制冲击波

• SPH → 处理破碎

• FEM → 描述结构

三者协同，是当前爆炸仿真的主流技术路线。