一种守恒角动量的仿射质点网格法
计算物理
2017-04-05 v1 数值分析
摘要
我们提出了一种在质点网格法（Particle-In-Cell, PIC）计算中于粒子与网格间传递动量与速度的新技术，称之为仿射质点网格法（Affine-Particle-In-Cell, APIC）。APIC 将粒子速度表示为局部仿射的，而非传统 PIC 中的局部常数。我们表明，这种表示使得 APIC 在传递过程中能够守恒线动量与角动量，同时显著减少通常与 PIC 相关的数值扩散。值得注意的是，守恒是通过集中质量实现的，这与更常用的流体隐式质点（Fluid Implicit Particle, FLIP）传递不同，后者需要“完全”质量矩阵才能精确守恒。此外，与 FLIP 不同，APIC 保留了原始 PIC 的滤波特性，因此不会像 FLIP 那样在粒子上累积速度模态。特别地，我们证明了在若干物质点法（Material Point Method, MPM）超弹性计算中，APIC 不会出现 FLIP 特有的速度不稳定性。最后，我们证明当与用于网格动量隐式更新的中点法则结合时，线动量与角动量可被精确守恒。
引用
@article{arxiv.1603.06188,
title = {An angular momentum conserving Affine-Particle-In-Cell method},
author = {Chenfanfu Jiang and Craig Schroeder and Joseph Teran},
journal= {arXiv preprint arXiv:1603.06188},
year = {2017}
}
备注
26 pages, 9 figures