摩擦接触分析详解：原理与应用

•       两个接触体的切向滑动可能是无摩擦的，但也可能需要考虑摩擦.

–      无摩擦时两物体相对滑动而没有任何阻力.

–      存在摩擦时，两物体间会产生剪应力.

•       摩擦消耗能量, 因此是与路径相关的行为.

–      载荷的加载方式应该和实际情况相同.

–      时间步越小越精确.

注意，和塑性分析不同，自动时间步长不考虑摩擦响应的增加.

•       摩擦是一种复杂的物理现象，它是以下参数的函数:

–      接触材料 (包括润滑剂).

–      表面粗糙度.

–      温度.

–      摩擦物体间的相对速度.

•       摩擦中包括的复杂原理只能在数值上取得近似解.

–      实际上，即使在一个十分简单的摩擦力试验中施加固定的压力，其位移－力响应曲线也十分的不规则:

•       在ANSYS中, 使用Coulomb模型施加摩擦力, 并考虑了剪切摩擦力和粘合力效应.

•       Coulomb 法则要满足如下关系式：

–      其中u 为摩擦系数.

•       如果FT 超出的话, 两个物体会产生相对滑动.

弹性Coulomb 模型:  允许粘合和滑移两物体都存在反向剪切力（TAU）粘合条件:  Ft < m Fn；滑移条件:   Ft > m Fn或 TAU >TAUMAX；其中: TAU 为剪应力TAUMAX缺省值为1e20

•       弹性 Coulomb 模型:  允许粘合和滑移

•       一些单元使用实常数来定义TAUMAX.

•       弹性 Coulomb 模型:  允许粘合和滑移

–      粘合区域被视作弹性处理，切向刚度为KT

–      切向刚度和法向刚度类似 ：刚度越大精度越高, 刚度越小则越容易收敛.

•      用户可指定KT的值，或使用程序指定的值（KT ＝1% KN)

•       刚性Coulomb 模型:

•       接触无“粘合”

–      该模型仅适合模型在某固定方向连续滑动时.

•      例如使用研磨轮对部件进行成型加工时.

–      u = 0处的不连续等效于无穷大的刚度值.如果滑动停止或方向改变，则会出现收敛困难.

•       在Coulomb模型中，随着法向压力的增大，传递的最大剪应力也随之增大.

•       当然，接触面之间的剪切屈服限制了其剪应力的大小.

•       在某些情况下，接触表面粘合在一起，即使没有法向压力的作用也能提供滑移阻力.

•       ANSYS中的一些单元能够模拟这种现象（使用粘合力COHE).

•       摩擦系数:

•       对于所有的 ANSYS 接触单元, 摩擦系数 m通过材料属性MU来指定 .   （缺省时 m = 0）

•       滑动时的摩擦系数 m比静止时的小.

–      滑动时: 动摩擦系数.

–      静止时: 静摩擦系数.

•       面－面单元 (171-174)和点－面单元(175)可以指定一个和表面滑动速度相关的动摩擦系数.

•       定义摩擦系数的方程如下:

        其中:      

•          MU   =  动摩擦系数  (用户定义)

•          FACT = MUS/MU  (静态摩擦系数与动摩擦系数之比)

•          MUS   =  静摩擦系数

•          DC=  衰减系数  (用户定义)

•          Vrel=表面间滑动的相对速度

•          缺省值:   FACT = 1, MUS=MUK=0     DC=0                                                      

动摩擦系数和表面速度相关，这使得静动态之间平滑过度

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