用光滑粒子流体动力学模拟核天体物理中的固体

光滑粒子流体动力学（Smoothed Particle Hydrodynamics, SPH）是计算天体物理中常用于求解所研究系统流体动力学方程的工具。对于某些问题，例如涉及小行星及小行星撞击时，为准确描述动力学过程，有必要额外引入材料强度。在致密星（即白矮星与中子星）中亦存在固体组分。中子星具有固体壳层，这是自然界已知的最强材料。然而，当通过 SPH 或其他计算流体动力学代码模拟其动力学演化时，通常将其描述为纯流体动力学问题。在此，我们给出利用洛斯阿拉莫斯国家实验室 SPH 代码 FleCSPH 并包含材料强度的中子星壳层环向振荡的首个三维模拟。论文前半部分介绍了固体材料建模的数值实现及标准测试。后半部分关于基阶环向模的壳层振荡模拟。其中，我们用了大量篇幅讨论可抑制固体中数值噪声的方法。若不加最小化，后者会在模拟中主导壳层运动。