使用Translator连接单元进行刚体动力学分析模拟卫星发射火箭——“一星八箭”

火箭发射卫星很常见，一箭几十星也不足为奇，用卫星发射火箭，天方夜谭，下面就做个卫星发射火箭的离散刚体显式动力学分析，使用Translator连接单元模拟卫星将火箭水平推出。

在时域上进行瞬态动力学分析，大挠性非线性问题很棘手，但刚体动力学就不同了，简直能愉快到起飞。进入正题，先看卫星发射火箭的仿真动画。

八枚小火箭挂在卫中心承力筒上，卫星、火箭均为离散刚体Part。为简便模型处理，各离散刚体Part的RP点建在顶部（通常建在质心处）。在卫星与+X侧火箭之间建立4处Wire并定义为Translator连接单元，见下面右图加粗黑线处。+X侧火箭进入发射状态。  

先插入一段Translator连接单元简介，见下图，一个Translator连接单元有2个节点a、b，b具有相对于a沿单元坐标系X向的平动位移自由度。

本例中定义Translator连接单元如下，定义了非线性弹性行为及失效行为。该单元原长时受100N的压力（见下图表中第2行F = -100，U = 0），即该单元对外有100N的推力；该单元变长40mm后，推力降为20N（见表中第3行）；单元变长50mm后，推力为0N（见表中第4行）。当U1为55mm时，单元失效（见下面右图，此处有雷，回头再拆！！）。

言归正传，在模型上建连接单元，具体操作略，不熟悉的读者可以参考前篇《使用Hinge连接单元模拟展开机构的铰链及“拧瓶盖式”压紧释放》或前前篇《使用Abaqus显式动力学分析模拟采用Hinge连接单元的铰链机构展开》。卫星与火箭之间定义连接单元的Wire，可以直接使用卫星与火箭离散刚体有限元模型的节点创建，但是对网格划分水平要求较高，节点对齐还是有点技术含量的。此处用“笨”方法，在卫星一侧建4个RP点（RP-1~RP-4），在火箭一侧对应建4个RP点（RP-5~RP-8），8个RP点在对应的两点间建Wire，如下图所示，然后将上图的Translator连接单元属性赋给这4条Wire，坐标系X轴从卫星指向火箭。

建2个Beam类型的MPC，一个MPC是以卫星的RP为主点，其余7枚非发射火箭的RP点及连接单元卫星一侧的RP点为从点；另一个MPC以待发射火箭的RP为主点，连接单元火箭一侧的RP点为从点。

只需创建显式动力学分析步，不用施加任何BC或Load，算一下试试（此处有雷，回头再拆！！）。

卫星与火箭分离后，卫星、火箭的RP点在分离方向（X向）的位移、速度、加速度曲线是分析问题、排雷的关键。

先看加速度曲线，在1.5s后，星、箭加速度都为0，说明此时Translator连接单元失效，不再提供推力。

再看速度曲线，1.5s后星、箭速度基本保持不变。

再看位移曲线，在1.5s时，星、箭相对位移约40mm（下图左）。进一步观察连接单元长度变化，RP-1、RP-5两点的位移曲线如下面右图所示，还是40mm。而连接单元失效准则明明定义的是U1 = 55mm。

第一个雷浮出水面。看一下初始模型中连接单元两个RP点的距离，15mm！15+40=55，应该没算错。

连接单元失效准则定义的是U1 = 55mm是指单元长度？！  

还有一个雷，火箭推出去了，卫星也飘了，确实没加BC和Load，仅此，显式动力学分析是不能执行的。因为没有一个弹性单元告诉求解器应力波是多少，求解器无法确定增量步时间。这个“臭”雷容易排。在卫星底下放块尿不湿（可变形的常规弹性体Part），弹性模量不必太大，密度不必太小，并且将该Part的所有节点都固支，作为求解器的“原子钟”。