原行星盘尘埃聚集体的物理学. IV. 迈向动力学碰撞模型

近年来，我们对原行星盘尘埃碰撞演化的认识取得了许多进展。基于实验室中各种尘埃碰撞实验，我们对原行星盘中尘埃聚集体生长的看法现在得到了对尘埃聚集体之间相互作用物理的更深入理解的支持。然而，决定碰撞结果的参数空间非常巨大，有时实验室实验无法触及。非常大的或蓬松的尘埃聚集体以及极低的碰撞速度超出了当今实验室的边界。因此，我们希望用数值方法来补充我们对尘埃碰撞物理的经验知识，以处理任意大小的聚集体、孔隙率和碰撞速度。在本文中，我们将高孔隙率尘埃聚集体的实验确定的材料参数（特别是各向同性抗压强度和抗拉强度关系）实现到光滑粒子流体动力学（SPH）代码中。我们还给出了用压缩和低速冲击实验校准SPH代码的方法。在校准过程中，我们开发了一个动态抗压强度关系，并估计了一个剪切强度关系。最后，我们定义并执行了一系列基准测试，发现实验结果与数值模拟之间的一致性非常令人满意。SPH代码过去已被用于研究较高速度下的碰撞。在本文的最后，我们展示了在碰撞演化的低速区域未来应用的例子。