一、研究背景

我正在使用 COMSOL Multiphysics 6.3 研究光热驱动液晶弹性体（LCE）与 DragonSkin 橡胶软材料组成的拱形梁的突跳和起跳行为。

模型采用二维平面应变，包含固体力学、固体传热、光热耦合、重力以及梁与地面之间的接触和摩擦。为了模拟起跳过程，我在梁两端增加刚性连接器，地面采用刚性边界。

目前已经能够进行无光稳态计算，也建立了有光瞬态计算。但在加入地面接触后，遇到了计算速度慢、非线性不收敛，以及落地后再次大幅反弹的问题。

二、目前的模型设置

• 软件：COMSOL Multiphysics 6.3。
• 研究25：无光稳态计算，作为研究24瞬态计算的初始状态。
• 研究24：有光瞬态计算，使用广义-α时间积分方法。
• 接触：梁与刚性地面之间采用接触对，包含摩擦，摩擦系数暂设为 0.6。
• 接触方法：尝试过普通罚函数，准备使用动态罚函数但动态的极其慢，打算先算普通的再截取一个时刻为起点，再用动态的算。
• 动态罚函数的尝试设置：接触压力罚因子控制采用手动调节，(f_p=0.2)；特征时间 (\tau_n=1.5,\mathrm{ms})；黏性罚因子控制采用自动设置。
• 时间步：尝试过手动设置时间步，发现不收敛。

三、目前遇到的主要问题

问题1：落地后出现不希望的大幅反弹

梁发生突跳并与地面碰撞后，整机可能产生较大的水平运动，随后再次腾空，甚至飞出地面和光照范围。

我怀疑碰撞过程中的水平接触冲量、摩擦力及其产生的转动或速度变化可能导致了后续反弹。

我的研究重点是突跳引起的起跳行为，希望能够合理计算首次碰撞和起跳过程，而不是出现落地后连续大幅弹跳的情况。

问题2：动态罚函数计算很慢

采用动态罚函数后，计算耗时明显增加，内部时间步有时非常小。手动设置时间步，发现不收敛。

我想知道：

1. 特征时间 (\tau_n) 应如何选择？增大它是否一定能减轻碰撞振荡，还是可能改变接触动力学结果？
2. 是否应该优先调整罚刚度，而不是增大特征时间或黏性阻尼？
3. 对这种包含光热耦合、几何非线性和接触摩擦的模型，如何兼顾计算效率与碰撞结果的可信度？

四、希望得到的具体建议

1. 对这种模型，优先推荐普通罚函数、动态罚函数，还是其他接触处理方式？原因是什么？
2. 罚刚度、黏性罚因子、特征时间、摩擦系数和时间步应如何进行有依据的调整？有没有适合先进行测试的设置范围？
3. 是否可以先用普通罚函数计算至首次碰撞前，保存该时刻的解，再将其作为动态罚函数短时间计算的初始值？改变接触方法后，位移、速度、接触状态及摩擦历史能否正确继承？这样做是否具有可比性？