【摘 要】
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接触-碰撞问题广泛存在于各种实际工程问题之中,如汽车碰撞、板材冲压成形、手机跌落等。由于此类问题的实验成本较高,在现代工业产品的设计中,常采用显式有限元方法对该类问题进行数值模拟。目前,国外软件在商用显式有限元领域处于绝对垄断地位,如ABAQUS-Explicit和LS-DYNA等。面对国外对我国高尖端产业的技术封锁,研发自主可控的显式有限元软件迫在眉睫。显式有限元求解的核心之一是接触计算,而接触
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接触-碰撞问题广泛存在于各种实际工程问题之中,如汽车碰撞、板材冲压成形、手机跌落等。由于此类问题的实验成本较高,在现代工业产品的设计中,常采用显式有限元方法对该类问题进行数值模拟。目前,国外软件在商用显式有限元领域处于绝对垄断地位,如ABAQUS-Explicit和LS-DYNA等。面对国外对我国高尖端产业的技术封锁,研发自主可控的显式有限元软件迫在眉睫。显式有限元求解的核心之一是接触计算,而接触计算中最重要的是接触搜索。在实际工程模拟中,接触搜索的计算时间占据整体分析的三分之一,甚至一半以上,同时,接触力的计算精度依赖准确的接触搜索。因此,接触搜索算法对于显式有限元整体计算效率和精度至关重要。本文聚焦于接触搜索相关算法,并在SiPESC显式有限元框架上进行了高效算法实现,具体工作如下:点面搜索算法,介绍了基于“点搜点”和“点搜面”的快速全局搜索算法以及相应的数据存储结构,并对两种全局搜索算法的计算效率以及适用情况加以讨论;介绍了局部搜索算法中的接触点、穿透量和滑移量等接触信息计算方法。在SiPESC显式有限元框架上实现了点面搜索算法的全局搜索算法以及局部搜索算法。针对一系列典型算例,与LS-DYNA的NTS算法的计算结果进行对比,验证了程序的正确性。单面自接触搜索算法,讨论了自接触搜索算法的相关问题;介绍了基于“面搜点”的快速全局搜索算法以及相应的数据存储结构;介绍了自接触局部搜索算法中,壳厚度处理以及穿透方向的判断准则。在SiPESC显式有限元框架上实现了单面自接触搜索相关算法。针对一系列典型算例,与LS-DYNA的ASSC算法的计算结果对比,验证了程序的正确性。自动接触搜索算法,用于处理多个部件之间的相互接触问题,开发了表面网格提取工具,提取模型的外表面网格进行接触计算。针对一系列典型算例,与LS-DYNA的AG算法的计算结果对比,验证了程序的正确性。
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