ALEGRA 多物理场数值模拟软件

ALEGRA 是由桑迪亚国家实验室开发的一多物理场求解器，求解器包括 ALEGRA，ALEGRA-MHD，ALEGRA-HEDP 和 ALEGRA-EMMA 四个部分，共同构成了多物理场求解器。该求解器可以基于 ALE 法模拟固体动力学、大变形和强冲击物理，以及电磁学，磁流体动力学、高能物理中的各种现象。ALEGRA 被应用于各种 Z 箍缩物理实验设计和应用，新型装甲的开发等。ALEGRA 专注于先进计算方法的研究和开发，包括代码框架，大规模网格划分，多尺度拉格朗日流体力学，电阻磁流体力学，材料界面重构以及代码验证，使 ALEGRA 始终处于高性能计算的最前沿。

1. ALEGRA 家族

ALEGRA 多物理场求解器包含 ALEGRA、ALEGRA-MHD、ALEGRA-HEDP 和 ALEGRA-EMMA。ALEGRA 基于 Nevada 框架（Nevada framework）和一系列高度专业化、单独支持的库的基础上开发，并定期在各种平台上编译和回归测试，以确保代码保持健壮和便携性，使得 ALEGRA 代码在串行和并行模式下在许多平台上运行良好。求解器使用内部生成的计算网格（内联网格）或外部网格生成工具（例如 CUBIT）。

• ALEGRA：是一个多材料 ALE（任意拉格朗日 - 欧拉）有限元求解器，它模拟了多种材料中的大变形畸变和冲击传播。
• ALEGRA-MHD：模型电阻磁流体力学，包括磁 - 固体力学。ALEGRA-MHD 磁场扩散和对运动材料施加的磁力。
• ALEGRA-HEDP：为 ALEGRA-MHD 物理添加了离子 - 电子温度和辐射传输，为高能量密度物理应用提供建模能力。
• ALEGRA-EMMA：将固体动态材料响应与准静态电场近似相结合，以建模电容机电系统。
• Nevada：为 ALEGRA 系列求解器提供底层软件基础设施和第三方库管理

Nevada 是一个 ASC 软件环境和框架，应用程序可以基于 Nevada，提供以下功能：

• 有限元网格支持
• 拓扑实体上的变量标记
• 带有错误检查自由格式输入解析模块

• 集成多个第三方库包，包括：

  • Trilinos 软件包，包括多级求解器
  • Zoltan 负载平衡
  • ACME 接触
  • 材料模型
  • CTH 状态方程库
  • 输出包括拉格朗日和欧拉跟踪和 Exodus 网格数据
  • 网格平滑和本地数据重映射

2. ALEGRA

ALEGRA 基础功能：

ALE 算法——任意的拉格朗日 - 欧拉 - 欧拉 - 比纯欧拉代码提供灵活性、准确性和减少数值耗散；现代网格技术允许更大的网格平滑和控制。

流体力学和固体动力学

多种材料大变形失效和强冲击传播的模型

有限元求解器；PRONTO 的延续，并使用一些 CTH 欧拉技术

能量沉积和爆炸性燃烧模型

二维 / 三维笛卡尔，或二维圆柱体几何坐标系

上图为射流形成过程中的压力和温度。

ALEGRA 中的材料型号：

• 状态方程
• 弹塑性模型
• 失效模型

3. ALEGRA-MHD