三维爆炸与冲击问题模型理论、高性能数值方法及软件开发

本项目针对武器弹药设计及民用安全领域中的各类复杂爆炸问题，进行三维爆炸与冲击问题模型理论、高性能数值方法研究及软件开发工作，主要研究内容包括：一、基于多物质Euler型三维流体弹塑性理论，建立含有化学反应的能够描述各类典型爆炸与冲击问题的物理力学模型；二、对三维Euler数值方法特别是Youngs界面方法、模糊界面方法等多物质界面处理算法及其并行化方法进行理论研究；三、在上述理论及算法的基础上，开发出具有自主知识产权的三维爆炸与冲击问题并行计算程序；四、根据并行计算程序的特点，开发相应的三维网格自动生成面向对象的前处理软件及用于分析处理高速动态过程数值模拟结果的三维可视化数据挖掘软件；五、通过典型爆炸与冲击问题的实验验证，集成开发出三维爆炸与冲击问题高性能工程仿真软件，为武器弹药的设计及民用安全领域爆炸事故的预防与救援提供科学依据和关键技术支撑，以提高我国武器装备的核心竞争力。

本项目针对爆炸与冲击问题大规模数值模拟所涉及的模型理论、数值方法及软件开发等若干关键基础问题开展了研究工作，并取得了如下创新性研究成果：（1）建立了基于多物质Euler 流体弹塑性理论的适用于描述爆炸与冲击问题的数学模型，给出了陶瓷、混凝土、钛基复合材料等典型国防材料在强动载荷作用下的动态本构关系；（2）提出了针对WENO和RKDG等高精度格式的保正性计算方法，发展了适用于冲击波强间断高分辨率计算的伪弧长算法，给出了三维多物质流体动力学欧拉数值方法及其多物质界面处理算法的并行化方法，解决了爆炸与冲击问题大规模、高精度计算中的一些难题；（3）开发了欧拉型三维爆炸与冲击问题高性能仿真软件EXPLOSION-3D，并开发了相应的三维有限差分网格自动生成前处理软件MESH-3D以及用于分析处理高速动态过程数值模拟结果的三维可视化后处理软件VISC-3D，通过典型的爆炸与冲击问题大规模数值算例对软件解决工程实际问题的能力进行了考核；（4）将所开发的软件在所承担的国防课题中进行推广应用，解决了其中的多项关键技术问题。