基于有限质点法的实体结构接触碰撞行为研究

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接触碰撞问题在工程系统中普遍存在,其计算往往同时涉及到几何非线性、材料非线性和边界条件非线性,对其进行分析和研究具有很高的价值。有限质点法是在向量式力学的基础上提出的一种新型的数值计算方法。它采用物理计算模式。在空间上,它将结构描述为一群质点的集合,质点运动满足牛顿第二定律;在时间上,将运动历程被分解为一系列连续途径单元,在途径单元内质点运动连续,在途径单元之间,质点运动可以不连续,结构组合、质点受力和单元特性均可改变;在内力计算上,通过虚拟的逆向运动,扣除单元的刚体运动,从而得与单元内力对应的纯变形;在质点运动公式求解上,采用显示积分法。通过长期的理论研究和实际应用,该方法在不连续行为和结构强烈非线性分析中展示出很大的优势。本文正是利用有限质点法在分析接触碰撞问题时的优势来研究接触碰撞问题。归纳起来,本文的主要工作和结论如下:  1.根据有限质点的基本概念和分析流程,总结了该方法在利用c++语言实现时的基本思路。  2.本文推导了三维固体当中的四节点四面体单元的计算公式,并通过算例验证了有限质点法在固体大变形分析中的正确性和精确性。  3.发展了基于有限质点法的固体接触碰撞计算方法。采用全局搜索算法(位码算法)和局部搜索算法(内外状态法)作为本文的搜索算法;采用与显示积分算法相容并且精度较高的防御节点法计算接触力。  4.通过自编程序,分析了几种平面固体和三维固体碰撞算例,结果表明了本文的碰撞算法的正确性。
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