冰棍多米诺效应仿真：Abaqus重启动分析技术

冰棍多米诺现象非常有趣，大量的冰棍木棒交叉延伸织叠，形成一条平铺在地面上的“篱笆”，“篱笆”的两端需要用力按压或卡着，以免紧绷的木棒被弹出。

当从一端释放被按压的木棒时，整条“篱笆”就会像多米诺骨牌一样，出现有趣的链式反应，伴随着“眼镜蛇姿态”，快速地向着另一端解体。

冰棍多米诺

只要玩家的想象力足够丰富，“篱笆”形状可以任意变化，而木棒交织形态一般只有几种，最基础的是下图这种，典型的Fabric结构，即经纱、纬纱垂直交织。考虑木棒不能发生断裂，应该避免它的应力过大，所以织物经纬密不能太高。

木棒的一种交织形态

如上图，先假设红色木棒A处受到按压，系统稳定，来分析一下木棒的受力。

我们看到左侧的褐色木棒位于“篱笆”的内部，单个木棒有四处摩擦约束，处于非常稳定的状态，这些木棒由于织叠形变，内部储存了大量的应变能。

右侧绿色和黄色的木棒各自有三处摩擦约束，处于稳定状态，内部储存了一些应变能。

末端红色木棒有来自黄色、蓝色木棒的摩擦约束和来自按压物体的摩擦约束，处于稳定状态，内部也储存了一定的应变能。

当我们释放A处的按压时，红色木棒储存的应变能得到释放，B、C两处的正压力做功，木棒获得速度，由于正压力的减小，红色木棒失去摩擦约束，然后弹出。

随后，黄色木棒失去B处的约束，然后重复了一遍红色木棒刚才的过程，然后是绿色、蓝色、褐色…直到所有木棒都弹出。

值得注意的是木棒的弹出速度会很快，单个木棒的弹出过程往往是毫秒级的。

冰棍多米诺Abaqus仿真

下面，我们要在Abaqus里面对刚才抽象分析的力学过程进行模拟验证。

顺便说明一下，这个案例是目前USim发布的所有仿真中，用到Abaqus/CAE建模技巧最多的一个。

它的核心是Standard到Explicit的重启动分析。以前我们分析那个可爱的、会爬楼梯的Slinky时，曾用到过这种技巧，但是那个案例远没有这个复杂。

首先在Standard里面进行过盈装配分析，得到织叠的、储存满应变能的“篱笆”。这个模拟是最终动力学分析的基础工作，所有的关键和难点（接触定义和收敛控制）都在这一步。

冰棍多米诺装配分析

在Explicit里导入装配状态，添加地板与重力，然后从一端释放，进行重启动分析，计算冰棍多米诺原地爆炸的动力学过程。

冰棍多米诺三个视角

冰棍多米诺的自我瓦解

木棒速度云图

木棒的动态应力云图

这实际上也是一个变质量动力学系统，“眼镜蛇姿态”是其织叠方向和喷出工质的动量（反作用）巧妙组合的结果。

冰棍多米诺的“眼镜蛇姿态”

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