作者：宁建国，马天宝（北京理工大学爆炸科学与技术国家重点实验室）

    摘要：本文系统回顾了国内外爆炸力学计算方法及程序/软件的发展过程、现状及发展趋势，指出了国内在该领域存在的主要问题，并提出了相应的解决途径，最后对本学科组在计算爆炸力学软件开发及算法研究方面的相关工作进展进行了综述。

    一、引言

    在武器研发、工程爆破、安全防护、爆炸加工、冲击工程等军事和民用领域中，涉及了大量的爆炸与冲击等非线性瞬态动力学问题，为精确地描述其作用机理，研究人员必须深入了解各种物理过程，采用合理的技术途径来研究这些复杂的相互作用问题。计算爆炸力学，作为爆炸力学与计算机技术、计算数学相交叉而产生的一个新的学科分支，致力于研究如何采用计算机技术和计算数学来求解工程和科学中的爆炸力学及有关的耦合问题，是一门综合性和应用性都很强的学科。20世纪60年代以来，各国的爆炸力学工作者，尤以美国三大国防实验室为代表，进行了大量的爆炸力学数值计算的工作，对许多过去无法计算的复杂问题进行了成功的计算，取得了丰硕的成果。随着计算机技术以及数值方法研究方面的飞速发展，计算爆炸力学在爆炸力学发展中愈来愈重要的地位已获得普遍公认，它已与理论和实验并称为科学研究的三大支柱。

    本文主要回顾了国内外爆炸力学计算方法及程序/软件开发工作的发展历程、现状及发展趋势，指出了国内在该领域存在的主要问题，并提出了相应的解决对策，最后对本学科组在爆炸力学仿真软件开发及算法研究方法的相关工作进展进行了综述。

    二、国内外爆炸力学仿真软件现状

    计算爆炸力学是伴随着计算流体力学的发展而发展的。计算流体力学方法的研究开始于五十年代中期，到了六十年代，二维流体力学计算方法的研究进入了一个鼎盛的时期，发表了大量的计算格式，并编制了许多程序，按其采用的坐标可分为拉格朗日方法（Lagrange法）和欧拉方法（Euler法），Wilkins等(1965)提出的HEMP程序和Hageman等(1971)提出的HELP程序分别是两种方法的代表。两者在处理不同问题上各有优缺点，计算中常常需要两者的优点，因此提出了兼具Euler法和Lagrange法特点的计算方法，如ALE方法(Arbitrary Lagrangian Eulerian)、CLE(Coupled Lagrangian Eulerian)等方法。

    目前，运用Lagrange方法的流体动力学程序引入了许多新的算法，得到了很大发展，所以目前已经比较成熟。相比之下，运用Euler方法的程序的发展较为滞后。因为Euler法在处理混合网格时比较困难，当系统中含有多种介质的时候，会使物质界面逐渐模糊，在界面两侧形成一个混合介质的过渡区，如何确定界面的位置，如何计算混合网格的力学量，一直是Euler程序所面临解决的问题，从而严重限制了Euler法的应用。但我们应该意识到，尽管Lagrange法引入了一些算法，在一定程度上解决了网格畸变等问题，但与Euler法相比，不可能像Euler法那样自然的反映大变形，特别是对于爆炸问题这类涉及多物质的大变形流场问题，因此深入进行Euler方法的研究以及相关程序的开发是十分必要的。

    对于Euler型程序，W. E. Johnson及C. E. Anderson (1987)描绘了一张Euler型程序的谱系图，概括了六十年代和七十年代近二十年间Euler程序的发展，再根据近年来国内外在相关领域的研究进展情况，可以绘出如图1所示的Euler型程序的谱系图，表1给出了各程序的相关说明。对于一些有代表性的Lagrange程序，表2则给出了相关的介绍。

 
图1  Euler型程序谱系图