2、采用泡沫铝填充的轨道车辆吸能装置碰撞特性仿真

2.运用MSC.dytran 进行碰撞仿真的技术问题讨论

MSC.dytran 是用于分析结构及流体材料的非线性动态行为的数值仿真软件。它采用显式积分法并能模拟各种材料及几何非线性和接触非线性问题，特别适合干分析包含大变形、高度非线性和复杂的动态边界条件的短暂的动力学过程。笔者根据采用MSC.dytran进行碰撞仿真的实践，在此对仿真过程中几个问题予以讨论。

2.1接触模型

运用接触面模型，能够模拟可变形体或刚性体之间的连续的接触。接触面模型与以前的间隙元模型相比，不仅收敛性大大增加，而且允许相互接触的两个物体做大距离的相对移动。碰撞仿真主要涉及到的接触类型有：

(1) 两个面之间的接触

在相互接触的两个面中，一个被称为“主面(Master Surface)”，另一个被称为“从属面(Slave Surface)”。在 MSC.dytran内部处理两个面之间的接触时，判断接触发生的方向取决于主面上单元的法线方向。MSC.dytran 在接触搜索过程中，程序检查从属面上的每一个节点，首先找出距离该点最近的主面单元，看节点是否穿透了该单元。如果没有，则计算继续进行。如果已经穿透。则程序将在垂直于主面的方向上施加作用力阻止进一步穿透的发生，并试图把该点送会主面单元的另一侧。  作用力的大小取决于穿透量的大小以及接触处双方单元的特性。

接触面之间存在摩擦力。摩擦力的大小等于摩擦因数乘以法向接触力。摩擦力的方向与接触面的相对运动方向相反。 摩擦因数的计算按照以下公式：u=u_k+(u_s-u_k)e^-bv

式中：u_s为静摩擦系数；u_k为动摩擦系数；b为指数衰减系数；v为主、从面之间的相对滑行速度。

接触算法是不对称的。程序针对每个从属面节点检查其是否穿透主面，但反过来却不检查主面节点是否穿透从属面。 因此，从属面的网格应当比主面网格细，否则会发生出现穿透而程序未能检查出来的问题，这将引起沙漏现象或错误的计算结果。另外，为了减少程序检查穿透的时间，提高运算效率，接触面的定义应当局限于那些可能发生接触的地方，以尽 量减少单元数量。

(2)单面自身的接触

单面自身接触与双面相互接触是相类似的，只是不用定义主面和从属面，而是定义不能穿透自身的从属面。这对于结构发生屈曲、弯折及自身相碰的情况尤其重要。单一接触面也具有摩擦力，其计算方法与双面接触一样。与双面接触不同的是，单元的法线方向不是很重要。接触无论发生在哪一侧，程序能够自动判别。

(3)与刚性墙接触

刚性墙是一个用户所确定的某些节点不能穿透的平面。刚性墙模型提供了模拟撞击问题的非常方便的手段。由于在每一个时间步，程序都要对所定义的每个节点进行集中的检查，因此，所定义的节点应尽量的少，只限于那些可能与墙发生接触的节点，这样才能尽可能地减少计算工作量。在分析过程中，如果程序发现某个节点穿透了刚性墙，则将它向反方向移动，并使之具有与穿透前相等大小的动量。