基于罚函数法的大变形冲击碰撞问题显式健壮格式

• Published in: 爆炸与冲击 Vol. 45; no. 3; pp. 154 - 167
• Main Authors: 初东阳, 戎宇飞, 周章涛, 伍星星, 汪俊, 王海坤
• Format: Journal Article
• Language: Chinese
• Published: 中国船舶科学研究中心,江苏无锡 214082 01.03.2025; 深海技术科学太湖实验室,江苏无锡 214082
• Subjects: contact algorithm; 接触-碰撞; 几何大变形; geometric large deformation; 显式有限元方法; penalty method; explicit finite element method; 罚函数法; 接触算法; impact-contact
• ISSN: 1001-1455
• DOI: 10.11883/bzycj-2024-0073

O347.3; 为了提高基于罚函数法的显式有限元对大变形接触-碰撞问题仿真的精确性和健壮性,基于前增量位移中心差分方法,发展了一种新的大变形接触非侵入算法.将动力方程求解步分解为不考虑接触的预估步和考虑接触的修正步,在当前时刻,采用罚函数法施加接触惩罚力,使其满足非侵入条件,从而提高显式接触计算的精确性;在仅能获得下一时刻位移的情况下,为了精确计算下一时刻的大变形内力,基于任意参考构型大变形理论,将动力学方程内力项映射到已知的参考构型求解,避免使用相关物理量的中间构型近似值,从而降低由大变形计算引入的数值误差.更严格的几何非线性算法以及接触算法可有效抑制实体间的非物理穿透和大变形碰撞过程中的单元畸变,提高计算程序的健壮性.对典型碰撞及侵彻算例进行仿真,并与商业软件的结果进行对比,验证了所发展的大变形接触-碰撞显式算法的正确性,并证明了在高速大变形碰撞仿真方面,当前接触-碰撞显式算法比基于蛙跳格式中心差分和罚函数法的经典接触-碰撞算法更加健壮.