报告内容摘要

材料与结构在冲击爆炸载荷作用下的动态响应问题是一个几何、材料和边界条件均为非线性的多物理场强耦合问题，涉及高速、高压、高温、相变和化学反应，气体、液体和固体等多种物质间相互耦合甚至混合，材料不但会发生严重扭曲和破碎，还会融化甚至汽化。基于网格的拉格朗日法不但会由于网格严重畸变而产生数值困难，而且难以有效地模拟材料的破碎、融化和汽化等行为。欧拉法不存网格畸变问题，但不易处理材料界面，且非线性对流项也会导致数值求解困难。物质点法(Material Point Method, MPM)综合了拉格朗日法和欧拉法的优点，克服了各自的缺点，是冲击爆炸等涉及特大变形问题数值分析的有效方法。

本课题组近年来以冲击爆炸等涉及特大变形的动力学问题为背景，对物质点法进行了扩展，先后建立了物质点法的高效实现方案（如动态网格技术、移动网格技术、局部多重背景网格接触算法）、改进的物质点接触算法、自适应物质点法、并行物质点法、物质点有限元法、杂交物质点有限元法、耦合物质点有限元法、自适应物质点有限元法、物质点有限差分法、不可压物质点法等，并在算法研究的基础上，基于C++、Qt、VTK、CMake、OpenMP和MPI开发了可运行于Windows、Linux和Mac OS等多种平台上的三维显式并行物质点法数值仿真软件MPM3D?，应用于超高速碰撞、侵彻、爆炸、边坡失效、金属切削和流固耦合等问题中。

本报告将简要介绍物质点法的基本理论，着重介绍本课题组近年来在物质点法的算法、软件开发和应用等方面的研究工作和成果。

报告人简介

张雄，现任清华大学航天航空学院教授。1992年7月于大连理工大学获博士学位，1992年8月~1994年5月在成都科技大学（现四川大学）从事博士后研究，1994年6月到清华大学工作，先后任助研、副研（1994）、教授（2003）和博士生导师（2004），期间多次赴加拿大维多利亚大学、英国曼彻斯特理工大学和香港大学从事合作研究或学习。

2004年入选教育部首批新世纪优秀人才支持计划，获教育部自然科学奖二等奖（2009，第一获奖人）和一等奖（2008，第六获奖人）、北京市教育创新标兵、北京市高等教育教学成果奖二等奖、ICACM Fellows Award（2011，台北）、清华大学教学成果奖一等奖、清华大学青年教师教学优秀奖和清华大学优秀教学软件一等奖等奖励。现兼任中国力学学会计算力学专业委员会委员、北京振动工程学会副理事长、Int J Mech Mater Design的Associate Editor、Int J Comput Methods编委、Coupled Systems Mechanics 编委、Acta Mechanica Solida Sinica编委、HKIE Transactions国际顾问、计算力学学报编委、计算机辅助工程编委、国际华人计算力学协会（ICACM）常务理事。

近年来主要从事计算力学基本理论、数值方法及其在科学与工程中的应用等方面的研究工作，尤其是强冲击载荷作用下材料与结构力学行为的多尺度、多种介质、多物理场耦合数值分析方法的研究，建立了一类精度高、稳定性好的新型高效无网格法，并研发了冲击爆炸三维物质点法并行数值仿真软件MPM3D?。已出版专著2部、教材3部，发表论文120余篇，其中被SCI收录60余篇，一篇论文入选2012年度中国百篇最具影响国内学术论文。