Adams中的接触力Contract force详解

一.前言

ADAMS 中的接触力(contact force)可用来描述运动物体接触时的相互作用力。在ADAMS 中有如下两类接触力:

1. 二维(2D)接触:是指平面几何形体之间的相互作用(比如圆弧、曲线和点)；
2. 三维(3D)接触:是指实体之间的相互作用(比如球、圆柱、封闭的shell 、拉伸体和 旋转体)。

Contact force 运用两种不同的方法计算法向力:

1. 基于回归的接触算法(Restitution-base contact)。ADAMS/Solver 用这种算法通过惩罚参数与回归系数计算接触力。惩罚参数施加了单面约束，回归系数决定了接触时的能量损失；
2. 基于碰撞函数的接触算法(IMPACT-Function-based contact)。ADAMS/Solver 运用ADAMS 函数库中IMPACT 函数来计算接触力。

二.内容讲解

IMPACT参数设置：

1. Stiffness 指定材料刚度。一般来说，刚度值越大，积分求解越困难；
2. Force Exponent 用来计算瞬时法向力中材料刚度项贡献值的指数。其取值范围为Force Exponent ≥1，通常取1.5或更大，对于橡胶可取2甚至3；对于金属则常用1.3~1.5；
3. Damping 定义接触材料的阻尼属性。取值范围为Damping ≥ 0，通常取刚度值的0.1~1﹪；
4. Penetration Depth 定义全阻尼(full damping)时的穿透值。在零穿越值时，阻尼系数为零；ADAMS/Solver 运用三次STEP 函数求解这两点之间的阻尼系数。其取值范围为Penetration Depth ≥ 0。

摩擦力参数设置：

1. Coulomb Friction 。指定摩擦模型为dynamic friction ，而不是stiction ；
2. Static Coefficient (MU_STATIC)是当接触点滑动速度小于Stiction Transition Velocity 值时的摩擦系数，取值范围:MU_STATIC≥0；
3. Dynamic Coefficient (MU_DANAMIC)是当接触点滑动速度大于Friction Transition Velocity 值时的摩擦系数，取值范围：MU_STATIC≥0.1；
4. Friction Transition Velocity 用在库伦摩擦中。当接触点滑动速度逐渐增大时，摩擦系数从MU_STA TIC 到MU_DANAMIC 逐渐变化。当滑动速度等于Friction Transition Velocity 指定值时，摩擦系数为MU_DANAMIC 。过小的Friction Transition Veloc ity 值将导致积分困难，一般Friction Transition Velocity ≥ Error*5; 其中Error 为积分误差，其默认值为1E-3。取值范围Friction Transition Velocity ≥Stiction Transition Velocity；
5. Stiction Transition Velocity 用在库伦摩擦中。当接触点滑动速度逐渐减小时，摩擦系数从MU_DANAMIC 到MU_STATIC 逐渐变化。当滑动速度等于Stiction Transition Velocity 指定值时，摩擦系数为MU_STATIC 。过小的Stiction Transition Velocity 值将导致积分困难，一般Stiction Transition Velocity ≥ Error。

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