Abaqus中的SPH粒子生成技术详解

01Abaqus粒子生成器

Abaqus加入粒子方法以来（连续粒子6.11、离散粒子6.13），后续的版本不断在完善它的功能：

• 2016版开始支持粒子生成器，用来自动生成DEM颗粒（离散粒子单元PD3D）
• 2018版能够使用粒子生成器将SPH粒子（连续粒子单元PC3D）引入流域
• 2019版引入了充气模拟的LKM方法，可以用粒子生成器来生成LKM粒子（离散粒子单元PD3D）

DEM颗粒生成-喷丸强化

SPH粒子生成-水龙头放水

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LKM粒子生成-气体发生器释放气体

在Abaqus中，这三种粒子都是通过关键字*particle generator自动生成，之前已有文章涉及DEM颗粒的生成，而LKM是比较新的技术，目前使用该方法的人也不是很多，后面大家有这个需求的话我再详细阐述，这篇文章重点讲解如何通过粒子生成器来生成SPH粒子。

02SPH粒子生成技术

目前GUI界面下还无法使用粒子生成器，我们通过编辑inp文件来实现。

• 第一处编辑

首先需要定义一个粒子生成出口，然后创建一个粒子生成器，为它命名，指定生成粒子的单元类型，最大粒子总数，最后与粒子生成出口关联起来，格式如下：

*PARTICLE GENERATOR, NAME=generator name, TYPE=PC3D, MAXIMUM NUMBER OF PARTICLES=number*PARTICLE GENERATOR INLET, SURFACE=inlet_surface_name

紧接着刚才的编辑，为生成的粒子创建单元集合，并为之分配截面、材料属性，定义SPH粒子的特征长度，格式如下：

*PARTICLE GENERATOR MIXTUREparticle_body*SOLID SECTION, ELSET=particle_body, MATERIAL=waterElement characteristic length

注意：这一处编辑是在粒子生成出口的part层级来完成。

• 第二处编辑

在分析步激活粒子生成器，格式如下：

*PARTICLE GENERATOR FLOW, GENERATOR=generator nameAmp_flowspeed

这样就完成了粒子生成器的定义，能在创建好的粒子生成出口上按照一定的速度、自动的生成指定材料的SPH粒子，直到达到最大粒子总数。

SPH粒子生成器-喷水口算例

03复杂应用案例

单纯执行SPH粒子生成没有太大的实际作用，大多数情况下，我们还需要根据所分析问题的特点，指定SPH粒子的人工粘度、内核公式（SPH/NSPH/XSPH）、追踪区域（tracking box）、流出控制（outlet）以及定义PC3D单元与其他单元的接触。

比如源源不断的水流冲击水车的过程，首先可以创建一个包含SPH粒子接触的简单模型，算完之后我们发现，大量颗粒冲击水车后一直在模型中做自由落体运动，这势必增大求解时的内存负担。

水车模型1-简单接触模型

这时我们可以“过河拆桥”，通过设置一个粒子流出边界，使“完成使命”之后的粒子从模型中消失，效果就像CEL方法中的欧拉材料流出欧拉区域之后，不再参与分析。

水车模型2-流出边界模型

最后，在水车模型2的基础上，给水车的轮轴上增加一些负载，让转动的水车带动农械运转。

水车模型3-糯米捶打机复杂模型

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