最近看到一个游戏：两个煮熟的鸡蛋互碰，谁的鸡蛋先破，谁就算输。乍一看这游戏纯凭运气，但仔细研究之后，我发现这里面蕴含着众多有趣的力学原理！怎么”碰鸡蛋“能一直赢？CAE仿真有妙招！——唐. 元稹《寒食夜》
数百年前，美国杂志《科学与发明》称，通过多次试验发现，被撞破的多是主动去撞的那个鸡蛋，也即处于“运动状态”下的那个鸡蛋。其解释是，运动鸡蛋的内部物质在撞击瞬间会挤压蛋壳使其破碎。主动碰的鸡蛋更容易碎，真的是这样吗？本文拟采用Ansys Workbench显示动力学分析模块LS-DYNA，针对“碰鸡蛋”双方进行力学分析，并提出获胜概率大、可行性高的碰蛋策略。详细步骤如下所述。![]()
由文献[3]可知，卵形轮廓可以基于许格尔舍费尔模型的通用公式绘制，如下图所示。其中，L为蛋的长度，B为蛋的宽度，w为最宽处离蛋长一半处的距离。只需测量鸡蛋的这三个参数，就可还原出几何形状。
利用SolidWorks完成鸡蛋建模，包含蛋壳、蛋白和蛋黄。根据文献[4]，取长度L为60mm，宽度B为44mm，距离w为10mm，以此建立鸡蛋的基本形状，蛋壳厚度取为0.35mm，蛋黄近似为半径10mm的球。![]()
2 创建分析流程
Ansys Workbench关联Solidworks，点击SolidWorks菜单栏中的“工具“，选择Ansys Workbench，将模型传输至Ansys Workbench的Germetry中。设置Units为mm，右击Geomrtry进入DM界面，右击Attacxh1，选择Generate生成几何模型。
![]()
当涉及瞬态、大应变、大变形、碰撞、以及复杂接触问题时，显式动力学求解可以很好地满足仿真需求。点击Extensions，打开界面勾选，然后点击Close。拖拉Workbench LS-DYNA至Geometry上，创建项目分析流程，如下图所示。3 添加材料属性
双击Engineering Data，进入编辑环境，右击空白区域，选择Engineering Data Sources。勾选General Meterials右侧方框，右击下方列表任意材料，选择Duplicate，重命名并按下表设置材料属性。按上述步骤，分别新建蛋壳、蛋白和蛋黄。单击General Meterials右侧保存，并取消方框勾选。依次单击蛋壳、蛋白和蛋黄后面的“+”，完成材料添加，然后关闭Engineering Data。具体参见前期文章：Ansys Workbench材料库创建方法。
![]()
双击Model，进入Mechanical界面。展开Generoty，逐个单击几何模型，并在下方列表的Assignment中选择对应材料，其余保持默认设置。![]()
5 设置边界条件
设定右侧鸡蛋固定不动，右击Workbench LS-DYNA，添加Fixed Support，图形界面选择鸡蛋大端外面，点击下方列表Geometry中的Apply。![]()
设定左侧鸡蛋以5m/s的速度匀速撞向右侧鸡蛋，右击初始条件Initial Conditions，添加速度Velocity，并按分量设置。图形区选择蛋壳、蛋白和蛋黄，点下方列表中的Apply。
![]()
单击Analysis Settings，下方列表中设置仿真时间End time为0.001s，Time Step Safety Factor为0.9，Maximum Number Of Cycles为10000。特别注意：要合理设置这些参数，并根据求解结果逐步调整，求解计算时间超长！![]()
7 求解结果后处理
右击Solution，添加总位移Total Deformation和等效应力Equivalent Stress。再次右击Solution，选择Solve，进行求解计算。结束后，查看并分析位移和应力云图。从上述两幅鸡蛋的应力云图可知，左侧主动碰撞的鸡蛋最大应力为707.32MPa，而右侧被碰撞的鸡蛋最大应力为451.77MPa。由此可知，动态鸡蛋比静态鸡蛋更容易破碎！声明：本文部分内容整理自网络，并不意味着支持其观点或证实其内容的真实性。如涉及版权等问题，请联系我们删除。参考文献：[1] 史晓雷. 永恒的经典——评别莱利曼《趣味科学》丛书，20180714.[2] 别莱利曼. 趣味力学(谷羽，赵秋长译). 武汉：湖北少年儿童出版社，2009. 6-7.[3] Valeriy G, Narushin, Michael N. Romanov,etc. Digital imaging assisted geometry of chicken eggs using Hügelschäffer's model.[4] 郑丽文. 鸡蛋结构的有限元模型和碰撞动力学模拟[J].机械工程师,2021(05):15-16+19.
[5] 公众号：小玉壶. 清明节专题丨“碰鸡蛋”游戏中，怎么才能一直赢？
[6] 吴雪,张媛,刘斌,等. 应用流固耦合方法的鸡蛋动力学特性研究[J].食品工业科技,2016,37(23):311-315.
[7] 毕导. 两个蛋对撞，如何避免自己的蛋碎？
相似系列好文
1、初学hypermesh的一些疑惑（序言）；
2、初学hypermesh的一些疑惑（基本的流程）；
3、optistruct分析专题-随机振动分析基础；
4、optistruct分析专题-频响分析（上）；
5、optistruct分析专题-频响分析（中）；
6、optistruct分析专题-频响分析（下）；
7、认识网格1-“质量差”的网格不一定是差网格;
8、认识网格2-质量“好”的网格不一定是好网格；
9、认识网格3-选择合适的网格类型
10、认识网格4-选择合适的网格密度(梁_静刚度)
11、认识网格5-选择合适的网格密度—实体单元1
12、认识网格6-选择合适的网格密度—实体单元2
13、CAE工程分析 | 螺纹连接：从现象出发-1
14、CAE工程分析 | 螺纹连接：从现象出发-2
15、CAE工程分析 | 螺纹连接：工程校核考虑-3
16、CAE工程仿真 | 螺纹连接：仿真分析简化
17、CAE工程仿真 | 应力分类设计
18、CAE工程仿真| 极限载荷法
19、CAE工程仿真|螺纹连接：仿真分析简化3
20、其他文章和系列学习视频请关注公众号，查看历史推文；
干货推荐
1、新款HyperWorks2021来了！
2、HyperMesh干货三讲（视频+讲义+源文件）
3、结构仿真资料汇集—abaqus篇；
4、结构仿真资料汇集—疲劳nCode篇；
5、热设计仿真资料—Flotherm篇；
6、ANSYS各版本安装包及安装教程
7、Fluent官方培训PPT；
8、OriginPro2021安装教程及学习视频
9、最新版STAR-CCM+2021.3安装包及安装教程
10、最新Abaqus2022安装包及安装教程+汉化
11、热设计仿真资料汇集—Icepak篇
12、流体CFD资料汇集-Fluent篇
13、一维系统仿真资料分享（AMESim)
14、其他资源请关注公众号，查看历史推文；
