碰撞发生时,物体之间会产生接触,导致接触界面速度瞬时不连续,产生边界非线性。 接触会给离散方程时间积分带来困难,在有限元理论中,有惩罚函数、动态约束、分布参数三 种接触处理方式。 惩罚函数法基本原理是:在每一个时间步开始前,首先检查各从节点是否穿越主面,如没有穿透则不做任何处理。如果穿透,则在该从节点与被穿透主面间引入界面接触力,其大 小与穿透深度、主面刚度成正比。这种处理方法相当于在界面间放置法向弹簧,以限制从节 点对主面的穿透。 动态约束法基本原理是:在每一时间步△t修正构形之前,搜索所有未与主面接触的从 节点,看是否在此△t内穿透了主面。如果穿透,则缩小△t,使那些穿透主面的从节点正好到 达主面。在计算下一△t之前,对所有已经与主面接触的从节点都施加约束条件,以保持从 节点与主面接触而不贯穿。此外,检查和主面接触的从节点所属单元是否受到拉应力作用, 如受到拉应力,则施加释放条件,使节点脱离主面。 分布参数法基本原理是:将每一个正在接触从单元的一半质量分配到被接触的主面面积上,同时根据每个正在接触从单元的内应力,确定作用在接受质量分配的主面面积上的分 布压力。在完成质量和压力分配后,修正主面加速度,然后对从节点的加速度和速度施加约 束,以保证从节点在主面上滑动,不允许从节点穿透主面,从而避免反弹现象。 这三种方法中,罚函数方法原理简单,算法动量守恒,在显式有限元算法中得到了广泛应用。
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