關于摩擦接觸分析

?       兩個接觸體的切向滑動可能是無摩擦的,但也可能需要考慮摩擦.

–      無摩擦時兩物體相對滑動而沒有任何阻力.

–      存在摩擦時,兩物體間會產(chǎn)生剪應力.

關于摩擦接觸分析的圖1

?       摩擦消耗能量, 因此是與路徑相關的行為. 

–      載荷的加載方式應該和實際情況相同.

–      時間步越小越精確.

關于摩擦接觸分析的圖2

注意,和塑性分析不同,自動時間步長不考慮摩擦響應的增加.

?       摩擦是一種復雜的物理現(xiàn)象,它是以下參數(shù)的函數(shù):

–      接觸材料 (包括潤滑劑).

–      表面粗糙度.

–      溫度.

–      摩擦物體間的相對速度.

?       摩擦中包括的復雜原理只能在數(shù)值上取得近似解.

–      實際上,即使在一個十分簡單的摩擦力試驗中施加固定的壓力,其位移-力響應曲線也十分的不規(guī)則:

關于摩擦接觸分析的圖3

?       在ANSYS中, 使用Coulomb模型施加摩擦力, 并考慮了剪切摩擦力和粘合力效應.

?       Coulomb 法則要滿足如下關系式:

關于摩擦接觸分析的圖4

–      其中u 為摩擦系數(shù).

?       如果FT 超出的話, 兩個物體會產(chǎn)生相對滑動.

彈性Coulomb 模型:  允許粘合和滑移兩物體都存在反向剪切力(TAU)粘合條件:  Ft < m Fn;滑移條件:   Ft > m Fn或 TAU >TAUMAX;其中: TAU 為剪應力TAUMAX缺省值為1e20

關于摩擦接觸分析的圖5

?       彈性 Coulomb 模型:  允許粘合和滑移

?       一些單元使用實常數(shù)來定義TAUMAX.

關于摩擦接觸分析的圖6

?       彈性 Coulomb 模型:  允許粘合和滑移

關于摩擦接觸分析的圖7

–      粘合區(qū)域被視作彈性處理,切向剛度為KT

–      切向剛度和法向剛度類似 :剛度越大精度越高, 剛度越小則越容易收斂.

?      用戶可指定KT的值,或使用程序指定的值(KT =1% KN)

?       剛性Coulomb 模型:

?       接觸無“粘合”

–      該模型僅適合模型在某固定方向連續(xù)滑動時.

?      例如使用研磨輪對部件進行成型加工時.

–      u = 0處的不連續(xù)等效于無窮大的剛度值.如果滑動停止或方向改變,則會出現(xiàn)收斂困難.

關于摩擦接觸分析的圖8

?       在Coulomb模型中,隨著法向壓力的增大,傳遞的最大剪應力也隨之增大.

關于摩擦接觸分析的圖9

?       當然,接觸面之間的剪切屈服限制了其剪應力的大小.

關于摩擦接觸分析的圖10

?       在某些情況下,接觸表面粘合在一起,即使沒有法向壓力的作用也能提供滑移阻力.

?       ANSYS中的一些單元能夠模擬這種現(xiàn)象(使用粘合力COHE).

關于摩擦接觸分析的圖11

?       摩擦系數(shù):

?       對于所有的 ANSYS 接觸單元, 摩擦系數(shù) m通過材料屬性MU來指定 .   (缺省時 m = 0)

?       滑動時的摩擦系數(shù) m比靜止時的小.

–      滑動時: 動摩擦系數(shù).

–      靜止時: 靜摩擦系數(shù).

?       面-面單元 (171-174)和點-面單元(175)可以指定一個和表面滑動速度相關的動摩擦系數(shù).

?       定義摩擦系數(shù)的方程如下:

關于摩擦接觸分析的圖12

         其中:      

?          MU   =  動摩擦系數(shù)  (用戶定義)

?          FACT = MUS/MU  (靜態(tài)摩擦系數(shù)與動摩擦系數(shù)之比)

?          MUS   =  靜摩擦系數(shù)

?          DC=  衰減系數(shù)  (用戶定義)

?          Vrel=表面間滑動的相對速度

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

關于摩擦接觸分析的圖13

動摩擦系數(shù)和表面速度相關,這使得靜動態(tài)之間平滑過度

關于摩擦接觸分析的圖14

關于摩擦接觸分析的圖15

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