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2、采用泡沫鋁填充的軌道車輛吸能裝置碰撞特性仿真

2.運用MSC.dytran 進行碰撞仿真的技術問題討論

MSC.dytran 是用于分析結構及流體材料的非線性動態行為的數值仿真軟件。它采用顯式積分法并能模擬各種材料及幾何非線性和接觸非線性問題，特別適合干分析包含大變形、高度非線性和復雜的動態邊界條件的短暫的動力學過程。筆者根據采用MSC.dytran進行碰撞仿真的實踐，在此對仿真過程中幾個問題予以討論。

2.1接觸模型

運用接觸面模型，能夠模擬可變形體或剛性體之間的連續的接觸。接觸面模型與以前的間隙元模型相比，不僅收斂性大大增加，而且允許相互接觸的兩個物體做大距離的相對移動。碰撞仿真主要涉及到的接觸類型有：

(1) 兩個面之間的接觸

在相互接觸的兩個面中，一個被稱為“主面(Master Surface)”，另一個被稱為“從屬面(Slave Surface)”。在 MSC.dytran內部處理兩個面之間的接觸時，判斷接觸發生的方向取決于主面上單元的法線方向。MSC.dytran 在接觸搜索過程中，程序檢查從屬面上的每一個節點，首先找出距離該點最近的主面單元，看節點是否穿透了該單元。如果沒有，則計算繼續進行。如果已經穿透。則程序將在垂直于主面的方向上施加作用力阻止進一步穿透的發生，并試圖把該點送會主面單元的另一側。  作用力的大小取決于穿透量的大小以及接觸處雙方單元的特性。

接觸面之間存在摩擦力。摩擦力的大小等于摩擦因數乘以法向接觸力。摩擦力的方向與接觸面的相對運動方向相反。 摩擦因數的計算按照以下公式：u=u_k+(u_s-u_k)e^-bv

式中：u_s為靜摩擦系數；u_k為動摩擦系數；b為指數衰減系數；v為主、從面之間的相對滑行速度。

接觸算法是不對稱的。程序針對每個從屬面節點檢查其是否穿透主面，但反過來卻不檢查主面節點是否穿透從屬面。 因此，從屬面的網格應當比主面網格細，否則會發生出現穿透而程序未能檢查出來的問題，這將引起沙漏現象或錯誤的計算結果。另外，為了減少程序檢查穿透的時間，提高運算效率，接觸面的定義應當局限于那些可能發生接觸的地方，以盡 量減少單元數量。

(2)單面自身的接觸

單面自身接觸與雙面相互接觸是相類似的，只是不用定義主面和從屬面，而是定義不能穿透自身的從屬面。這對于結構發生屈曲、彎折及自身相碰的情況尤其重要。單一接觸面也具有摩擦力，其計算方法與雙面接觸一樣。與雙面接觸不同的是，單元的法線方向不是很重要。接觸無論發生在哪一側，程序能夠自動判別。

(3)與剛性墻接觸

剛性墻是一個用戶所確定的某些節點不能穿透的平面。剛性墻模型提供了模擬撞擊問題的非常方便的手段。由于在每一個時間步，程序都要對所定義的每個節點進行集中的檢查，因此，所定義的節點應盡量的少，只限于那些可能與墻發生接觸的節點，這樣才能盡可能地減少計算工作量。在分析過程中，如果程序發現某個節點穿透了剛性墻，則將它向反方向移動，并使之具有與穿透前相等大小的動量。