SPH 粒子法在高速冲击连接问题中的应用

孙 标，廖秋慧，何建萍

（上海工程技术大学 材料工程学院，上海 201620）

0 引言

高速冲击类问题由于速度高，物理过程难以观测，还具有一定的破坏性。然而高速冲击却具有潜在的应用，如在焊接方面，高速冲击可以实现固态连接。基于材料的状态，可对焊接技术分类，可分为固态焊接和熔化焊接［1］。熔化焊接是利用金属熔化原子扩散，经一定时间冷却后实现冶金结合；固态焊接是低于材料熔点条件下将材料结合在一起。因为熔化焊接会在焊缝处出现金属间化合物，金属间化合物属于硬脆相，其将严重影响材料连接后的性能。因此，高速冲击连接异种材料的固态连接方法具有很好的应用前景。实现高速冲击连接，关键点是要呈现出连接界面处的有规律的界面波［1］，如图1 所示。

图1 界面波Fig.1 Wavy morphology observed

数值模拟成为现实中工程问题以及科研问题的重要研究手段，该技术为物理世界的现象理论提供了试验和检测，并辅助理解工程中复杂问题，同时可指导工程应用。数值模拟的关键点是需要将连续体离散化进行计算。有限元法（FEM）和有限差分法（FDM）是基于网格划分进而离散，然而传统Lagrangian 算法对于大变形以及冲击类问题，由于冲击使得网格变形，该算法很难处理与原始网格不一致的网格，并造成不连续界面；同时，为保证不连续界面的一致性，通过不同时刻网格重构计算，会增加计算成本，同时网格畸变过大导致计算终止［2］。绝对拉格朗日－欧拉算法（Arbitrary Lagrangian－Eulerian）可模拟冲击大变形问题，例如：利用ALE算法研究弹塑性入水冲击问题，水下爆炸冲击。……