用于冲击物理模拟的 pkdgrav3 中的光滑粒子流体力学. II. 剪切强度

材料强度效应最近被证明在巨型撞击中具有重要意义，甚至在行星尺度的撞击中亦如此。尽管如此，这些效应在数值化的巨型撞击模拟中常被忽略。我们在大规模并行光滑粒子流体力学代码 pkdgrav3 中实现了一个基础强度模型（压力依赖剪切强度）。该模型包括弹性偏应力、随压力变化的塑性与屈服强度，以及热软化效应，完全集成到我们第一篇论文中引入的 GPU 加速框架中，保持其可扩展性和性能特征。我们将实现与实验室单粒子崩塌实验进行了验证，模拟结果与实验结果高度吻合。随后我们利用既包含又不包含材料强度的模拟，确定了覆盖广泛质量范围的碎裂阈值 $Q_{RD}^*$。与先前工作一致，我们发现在低质量区域，强度显著提高 $Q_{RD}^*$，而趋向流体极限的收敛仅在 $R_{C1} \sim 10^7$ m（约 $0.7,M_\oplus$）处完成，这远高于常被假设的约 $100$ km 规模限制。熵产生与残余形貌同样在中间质量尺度下对力学行为敏感。性能测试表明，包含强度效应仅引入适度的计算开销，同时保持良好的扩展性，从而在大规模撞击模拟中实现了真实的固体力学。