二維梁斜碰撞的數(shù)值分析及可視化研究.pdf

1、考慮摩擦因素的碰撞問(wèn)題是一種變邊界的高度非線性問(wèn)題，傳統(tǒng)的求解方法可采用基于牛頓恢復(fù)系數(shù)的準(zhǔn)剛體模型來(lái)簡(jiǎn)化碰撞過(guò)程以降低求解難度。由于傳統(tǒng)解析方法難以完整求解出整個(gè)碰撞時(shí)間域上的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，目前對(duì)碰撞問(wèn)題的主流研究方法集中于有限段法，有限元法，動(dòng)態(tài)子結(jié)構(gòu)法等數(shù)值方法。
　　本文以有限元模型為基礎(chǔ)，研究了含摩擦的二維梁斜碰撞問(wèn)題。其中，碰撞接觸過(guò)程的動(dòng)接觸算法是由Newmark-β法推導(dǎo)而成，并基于二維動(dòng)接觸碰撞理論推導(dǎo)出細(xì)長(zhǎng)梁斜碰撞

2、的數(shù)值遞推表達(dá)式，利用Fortran編寫(xiě)了相應(yīng)的二維梁斜碰撞計(jì)算程序，討論了不同初始入射角度對(duì)斜碰撞的影響。采用Bochet根據(jù)鋼軌滑動(dòng)的摩擦系數(shù)經(jīng)驗(yàn)公式，對(duì)接觸模型中的摩擦力做了修正，將計(jì)算結(jié)果與采用庫(kù)倫摩擦理論的計(jì)算結(jié)果做了對(duì)比，結(jié)果表明:兩者對(duì)碰撞的影響程度比較相近，碰撞模擬中的切向摩擦力可以用庫(kù)倫摩擦理論來(lái)近似處理。采用庫(kù)倫摩擦力模型所得的結(jié)果顯示，切向摩擦力對(duì)法向位移大小的影響隨初始入射角度的增大而增大。并且，切向摩擦的存在會(huì)

3、顯著影響碰撞物體在平面內(nèi)的運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生輕微的反向滑動(dòng)和粘滯現(xiàn)象。
　　綜合吸取了VB語(yǔ)言的優(yōu)秀的可視化界面效果和Fortran語(yǔ)言高效計(jì)算能力的優(yōu)勢(shì)，參與開(kāi)發(fā)了結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)有限元分析軟件，并補(bǔ)充拓展了程序的有限元前后處理系統(tǒng)。在前處理方面，克服了傳統(tǒng)手動(dòng)輸入大量數(shù)據(jù)的缺陷，實(shí)現(xiàn)了有限元平面四邊形單元自動(dòng)劃分、節(jié)點(diǎn)自動(dòng)編號(hào)、自動(dòng)形成輸入輸出數(shù)據(jù)等一系列功能，即可自動(dòng)生成規(guī)則的四邊形單元;在后處理界面，能夠?qū)⒘盒迸鲎步Y(jié)果進(jìn)行動(dòng)態(tài)效果演示