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題是一種變邊界的高度非線性問題，傳統(tǒng)的求解方法可采用基于牛頓恢復系數(shù)的準剛體模型來簡化碰撞過程以降低求解難度。由于傳統(tǒng)解析方法難以完整求解出整個碰撞時間域上的動態(tài)響應(yīng)，目前對碰撞問題的主流研究方法集中于有限段法，有限元法，動態(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題。其中，碰撞接觸過程的動接觸算法是由Newmark-β法推導而成，并基于二維動接觸碰撞理論推導出細長梁斜碰撞

2、的數(shù)值遞推表達式，利用Fortran編寫了相應(yīng)的二維梁斜碰撞計算程序，討論了不同初始入射角度對斜碰撞的影響。采用Bochet根據(jù)鋼軌滑動的摩擦系數(shù)經(jīng)驗公式，對接觸模型中的摩擦力做了修正，將計算結(jié)果與采用庫倫摩擦理論的計算結(jié)果做了對比，結(jié)果表明:兩者對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倫摩擦理論來近似處理。采用庫倫摩擦力模型所得的結(jié)果顯示，切向摩擦力對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

3、顯著影響碰撞物體在平面內(nèi)的運動，產(chǎn)生輕微的反向滑動和粘滯現(xiàn)象。
　　綜合吸取了VB語言的優(yōu)秀的可視化界面效果和Fortran語言高效計算能力的優(yōu)勢，參與開發(fā)了結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)有限元分析軟件，并補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)手動輸入大量數(shù)據(jù)的缺陷，實現(xiàn)了有限元平面四邊形單元自動劃分、節(jié)點自動編號、自動形成輸入輸出數(shù)據(jù)等一系列功能，即可自動生成規(guī)則的四邊形單元;在后處理界面，能夠?qū)⒘盒迸鲎步Y(jié)果進行動態(tài)效果演示