非线性动态有限元碰撞仿真技术的工程应用研究.pdf

　　第 19卷　第2 期 计　算　机　仿　真 2002 年3 月　　 文章编号:1006-9348(2002)02-0085-04 非线性动态有限元碰撞仿真技术的工 应用研究 张维刚, 钟志华 (湖南大学机械与汽车工 学院, 湖南长沙410082) 摘要:该文简要介绍了非线性动态显式有限元碰撞仿真技术的相关理论和算法, 涉及到实际应用中的一系列关键问题及解 决方案。 最后文中以薄板冲压、汽车碰撞等工 实际问题为例运用所述理论进行了仿真计算研究, 取得了令人满意的效果, 因而也为其它有关碰撞问题的研究解决提供了一种强有力的方法和思路。 关键词:非线性;有限元方法;碰撞;计算机仿真 中图分类号:TP391.9　　文献标识码:B 1　前言 式(1)即虚功原理的变分列式, 其物理含义是作用在物 在现实生活和工 实际问题中, 处处存在着接触碰撞现 体上外力和内力的虚功之和为零。 象, 比如:实际道路上的车辆碰撞事故、金属成型、包装跌落、 此外, 物体还必须满足给定的本构方 、初始条件、边界 弹丸的穿透等等。 早期对这些问题的研究主要是进行各种 条件和接触条件等。 条件下的实体试验, 包括实车碰撞试验等。 2.2　空间有限元离散 80 年代后, 随着有限单元法理论的不断完善和计算机技 系统通过有限单元进行空间离散, 单元内任意点的坐标 术的飞速发展, 许多接触碰撞问题得以通过计算机仿真方法 用节点坐标插值表示为: 来解决, 仿真技术直接参与到工 实际应用研究中来, 并在 k [ 1] j x (ξ, η, ζ, t)= Υ(ξ, η, ζ)x (t)　i = 1, 2, 3 逐步取代与改进部分实验室的工作 。 i ∑ j i j -1 本文在阐述了非线性动态显式有限元碰撞仿真技术的 　　式中, ξ, η, ζ为自然坐标, t 为当前时刻, k 为单元节点 相关理论和关键算法后, 运用该理论以薄板冲压、汽车碰撞 j 数, x (t)为 t 时刻第j 个节点的坐标值。 i 等工 实际问题为例进行了仿真计算研究, 结果表明, 计算 上式用矩阵形式表达为: 机仿真技术具有强大的解决工 实际问题的能力, 并应具有