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An explicit 3D improved area-regularized node-to-segment contact algorithm within the stabilized node-based smoothed finite element framework for impact dynamics
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AI
DOI：10.1016/j.enganabound.2026.106884.png)
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摘要
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显式有限元方法广泛应用于冲击动力学，但其精度和稳定性仍受接触离散化误差和体积锁定限制。对于接触问题，传统的节点-段（NTS）方法因局部力处理导致力和力矩不一致，精度降低。对于连续体建模，线性四面体单元在近不可压缩塑性变形下出现体积锁定，而节点基平滑有限元方法（NS-FEM）虽缓解了锁定，但显式积分中因刚度软化可能引发数值不稳定。为解决这些问题，提出并实现了改进的三维面积正则化NTS（IAR-NTS）接触算法，并在稳定的节点基平滑有限元（SNS-FEM）框架内实施，为显式冲击分析中的摩擦less、非匹配三维接触问题提供了有效计算方法。引入虚拟投影平面上的几何相交方案，实现更平滑、几何一致性更强的接触力重分配，从而改善接触压力传递的局部力矩一致性，而带稳定化的应变平滑有效抑制了体积锁定和零能模态。数值结果表明，所提方法通过三维接触补丁测试，并在涉及大变形的摩擦less、非匹配冲击算例中改善了接触响应。
Keyword:
Impact dynamics
Area regularization
NTS
3D contact algorithm
SNS-FEM
