冲击分析 — CAE术语解释

冲击分析是用于仿真碰撞、跌落、爆炸等在数毫秒到数十毫秒内发生的高速、大变形现象的手法。不同于普通的静力分析或特征值分析，它采用显式法（explicit method）进行时间积分。显式法无需在每个时间步求解联立方程组，因此可以稳定地计算包含大变形、接触和破坏的复杂非线性问题。

显式法将质量矩阵对角化，各节点的加速度可以独立计算，所以每一步的计算代价非常小。但是，从稳定条件来看，时间步长必须小于"最小单元中声波通过的时间"。因此，如果网格细密，步数会非常多。尽管如此，总体上通常比隐式法更高效。

最常见的应用是汽车碰撞安全分析。正面碰撞、侧面碰撞、后向碰撞到行人保护，从开发初期就要运行数百个仿真案例。此外还有飞机的雹击（鸟撞）分析、防弹材料的贯穿仿真、电子产品跌落冲击试验等，应用范围很广。

在冲击现象中，应变速率会达到1000/s以上，因此必须采用考虑应变速率依存性的材料模型。Johnson-Cook模型是标准选择，用5个参数表达应变速率和温度的影响。材料参数的精度直接影响结果，所以通过分裂霍普金森杆试验获取数据非常重要。

以下4个是必须掌握的。

很好的想法。把跌落球的反弹系数与实验值进行比较，就能验证接触参数和材料模型的合理性。