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3、采用泡沫鋁填充的軌道車輛吸能裝置碰撞特性仿真

2.2 沙漏控制

所謂沙漏現象是一種以比結構全局響應高的多的頻率振蕩的零能變形模式(注：所謂零能變形模式，是一種系統應變能為零而系統本身又有別于剛體運動的位移變形模式)。沙漏模式在數學上是穩定的，而在物理上是不存在的，它們通常沒有剛度，變形呈現鋸齒形網格。

MSC.dytran中的單點積分體元與殼元只有一個積分點(單元形心處)。這種簡單的單元公式有利于計算效率，但是可能引起沙漏現象。如果不采取措施抑制沙漏現象的產生，則會很快在網格中蔓延，導致計算精度降低，時間步長縮小，直到最終由于單元的邊長變成接近于零而使計算終止。

MSC.dytran提供了兩種有效的方法來抑制沙漏現象的出現，即粘性阻尼和剛度阻尼。粘性阻尼的系數在程序中已經調好，能夠抑制沙漏模態而不影響其他模態。一般情況下粘性阻尼己經足夠了，在某些特殊情況下才可能用到剛度阻尼。剛度阻尼比粘性阻尼更有效，但很可能使單元變得過于剛硬。另外，合理地建模也有助于避免沙漏現象的發生。盡量避免過于集中的載荷作用和過于孤立的約束點，可以將載荷和約束盡可能分布到較大的區域。合理的劃分網格，在適當的地方采用恰當的細密程度，能夠取得好的效果。

2.3材料本構關系

MSC.dytran擁有豐富的材料模型庫，能夠模擬各種復雜的材料行為。在選擇材料模式時要遵循的主要原則是盡量簡單。 簡單的材料模式花費的計算工作量小，而且材料的行為易于理解。此外，還需考慮對材料參數是否準確掌握的問題。不管材料模式多么復雜，單元精度多么高，最終結果的準確度還是要取決于材料參數的準確度。應變率敏感材料的參數很難獲得，需要做專門的試驗，難度很大，而且結果的精度也很難保證。泡沫鋁材料也是應變率敏感材料，本次仿真的材料參數都是實驗所得，仿真采用了MSC.dytran材料模型庫中的FOAM1模型。實際應用表明，該模型用于泡沫鋁材料的仿真具有較好效果。

該模型用于各向同性可壓扁材料，泊松比幾乎為零。該模型假定材料的屈服行為只遵循一條應力-應變曲線。這就是說，無論是單軸壓縮還是單軸拉伸，無論是剪切還是體積壓縮，材料都按同一條應力(或壓力)-應變(或相對體積)曲線發生屈服。

2.4時間步長制

使用中心差分法的一個關鍵問題就是正確確定時間步長。為了保持計算穩定，積分時間步長必須小于應力波跨越網格中的最小單元的時間。因此，最小單元的尺寸決定時間步長的選擇，從而也決定了求解的效率。板殼單元的時間步長大小可由公式

Te Ls/C計算得到。其中，c=√E/r，為沖擊波在連續介質中傳播速度；Ls為單元特征長度。

單元的特征長度可以有多種方法估計，下面的公式就是最常用的計算：L_S=［(1+b)As］/mas［L₁L₂L₃(1-b)L₄］

式中，b為形狀選擇系數。

當單元為四邊形時，b=0；當單元為三角形時 ，b=1；

As為單元面積； Li((i=1,2,3,4)為單元的邊長。