一指之力就能推倒摩天大厦？显式动力学仿真揭秘“多米诺效应”

云道仿真 2023年8月23日浏览：1340

多米诺骨牌（domino）是一种木制、骨制或塑料制成的长方体骨牌，按一定间距排列成行，轻轻碰倒第一枚骨牌，其余的骨牌就会产生连锁反应，依次倒下。其原理其实是利用了骨牌的重力势能和动能的转化与传导，每张牌在倒下时所产生的能量都要比前一张骨牌大，因此它们倒下的速度也一个比一个快。这一现象也被延申成“多米诺骨牌效应”，用来形容一个很小的初始动作就可能产生一系列的连锁反应，甚至带来巨大的影响。

一指之力就能推倒摩天大厦？显式动力学仿真揭秘“多米诺效应”的图1

大不列颠哥伦比亚大学物理学家A.怀特海德曾经制作了一组骨牌，共13张，第一张最小，长9.53mm，宽4.76mm，厚1.19mm，还不如小手指甲大。以后每张牌体积扩大1.5倍，这个数据是按照一张骨牌倒下时能推倒一张1.5倍体积的骨牌而选定的。最大的第13张牌长61mm，宽30.5mm，厚7.6mm，牌面大小接近于扑克牌，厚度相当于扑克牌的20倍。把这套骨牌按适当间距排好，轻轻推倒第一张，后面的骨牌将随之倒下。据数据显示第13张骨牌倒下时所释放的能量比第一张骨牌倒下时扩大20多亿倍。据怀特海德说，若是继续制作后面的多米诺骨牌，第32张可以高达415米，是纽约帝国大厦的两倍。如果真有人制作了这样的一套骨牌，那摩天大厦就会在一指之力下被轰然推倒，可见，多米诺效应的威力之大。

多米诺骨牌并非看上去那么简单，它是一项集动手、动脑于一体的运动，需要一定的方法和技巧。比如，如果每块骨牌的间距或者拐弯时的角度没有摆放好，就可能产生“不倒牌”而影响全局。如今多米诺骨牌高级玩家，不仅追求一次性推倒的骨牌在数量上有突破，也更追求艺术上的创新，他们将骨牌摆放成各种形状或花样，推倒时便会呈现出一幅令人惊叹的图案。而在摆放的过程中，任何一个失误或者外来因素的干扰都有可能会出现大面积“倒牌”的现象，因此参与者可能时刻面临失败的风险。 因此，多米诺骨牌不仅考验体力、耐力和意志力，也能培养人的注意力、智力、想象力和创造力，并能最大限度地发挥团队协作精神。在2008年11月，荷兰人以4155476张骨牌被推倒的成绩，第九次打破纪录（有关多米诺骨牌的花式摆放大家可以上网搜索相关图片了解）。

那么是否有方法可以减少“多米诺骨牌”的失败率，让玩家少受一些精神和身体上的折磨呢？答案是肯定的，聪明的你一定也猜到了。没错！就是仿真软件。本着“万物皆可仿真”的原则，小编咨询了仿真工程师，了解到“多米诺骨牌”可以用CAE软件的“显式动力学”模块来模拟。

下面我们就具体来看一下，使用云道智造Simdroid通用多物理场仿真平台的“显式动力学”模块，所做的“多米诺骨牌”仿真分析过程。

“多米诺骨牌”仿真分析案例

01 背景条件

几何：在长 0.8m、宽 0.15m、厚 0.01m 的板面上放置六块长 0.05m、宽 0.01m、高 0.09m 的长方体块。薄板模拟地面，长方体块模拟骨牌。
材料：六个长方体块为线弹性材料，薄板为刚性材料。
边界与载荷：每两个长方体块之间、长方体块与板面均设置面面接触，动摩擦系数、静摩擦系数均为 0.2。

02 仿真开发过程

1、预定义-导入参数

2、建模

3、创建材料

4、网格剖分

4.1 映射剖分设置

4.2 扫掠剖分、源面、目标面设置

源面

目标面

扫掠剖分网格参数

5、沙漏控制

6、创建部件

创建骨牌：选择【分析】>【创建部件】，标签设为“骨牌”，拾取类型为【几何-体】，点击六个长方体块，单元算法选择【一阶缩减积分体单元】，材料选择“Dom_left”，沙漏控制选择“沙漏控制”。
创建地板：选择【分析】>【创建部件】，标签设为“地板”，拾取类型为【几何-体】，点击薄板，单元算法选择【一阶缩减积分体单元】，下面的材料选择“板-刚性”，沙漏控制选择“沙漏控制”。