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冲击与爆轰相关的复杂系统模拟 研究： Lattice Boltzmann 理论与应用 许爱国 北京应用物理与计算数学研究所 【2 】 提纲 1. 引言与概述 课题简介 复杂物理场的描述、建模 多尺度问题的认知模式、问题与挑战 复杂物理场的分析 局域平均和涨落 湍流混合、体积耗散等熵增过程 物理场的形态分析技术 团簇识别与分析 特征结构识别与追踪技术 2. Lattice Boltzmann理论与应用 3. 非均质材料冲击动力学 【3 】 1.引言与概述 【4 】 1.1 课题简介 冲击与爆轰相关的复杂构型与动态物理场模拟研究 根据描述和模拟方法，可分为两大块：  一块基于流体模型描述： 主要工具为Lattice Boltzmann Method(LBM)。主要研究可 压流体系统、多相流系统、燃烧和爆轰系统。既关心模型 构建，又关心物理系统的特征、机制和规律。 当然，在我们的实际研究中，这三类系统往往又不是独立的。 例如，含冲击波的可压流体系统也是多相流系统；燃烧和 爆轰系统本身就是可压系统、多相流系统。 我们重点关注工业与科学领域极其重要的流体不稳定性问题 （RT不稳定性、RM不稳定性、KH不稳定性等）、冲击波与 多相流的相互作用、爆燃转爆轰及其反过程，等等。 【5 】 另一块基于固体模型描述： 主要工具为分子动力学、位错动力学、物质点方法 （Material Point Method, MPM） 主要研究非均质材料冲击响应过程中的物理特征、冲击卸 载过程中的拉伸断裂问题等  在高速冲击与爆轰过程中，如果外部应力远大于材料 的屈服强度，则固体物质表现出流体行为，相当一部 分动力学特征可采用流体模型来描述；如果物质粒子 的动能远远大于物质粒子之间的势能，则固体材料甚 至可用理想气体模型来描述。所以，LBM也可用于这些 过程相当一部分特征的模拟研究。 【6 】 1.2 复杂物理场的描述、建模 就冲击与爆轰问题，以前研究较多的是一些整体特征： 例如Hugoniot关系、状态方程等。 强冲击或爆轰加载引发非均质材料内空隙的塌缩、射流 的产生、二次冲击加载等复杂过程；其卸载过程导致孔洞 的成核、生长、裂纹的形成等。  在这类动力学过程中，材料内部的构型和物理场(温度、密度、 粒子速度、各种应力等的分布)极其复杂且随时间快速变化。 由于涉及复杂构型、多尺度、动态物理场，这类问题的 模拟和分析均具有较强的挑战性！ 到 爆 轰 距 离