接觸形變
關注創建者：倒霉瓜子 創建時間：2019-03-21
接觸形變的實例教程
激光位移傳感器作為一種高精度、非接觸、耐環境強的檢測儀器，逐漸在各行各業中被廣泛應用。針對不同的應用也延伸出了非常多的類型和型號。
最高精度，線性度0.001%到0.1%，分辨率0.5nm到0.1mm
最大量程，130um-2000mm，最遠可測距離1mm到4000mm
最小尺寸，直徑6mm
最高采樣速度，2kHz到400kHz
最高可耐溫度，2200℃超高溫表面可測
應用
在線檢測
? 平整度監控
? 涂膠高度測量
? 翹曲度監控
位移測量
? 主軸跳動
? 仿生肌肉
形貌測量
? 沖壓\磨損形貌
? 板材厚度
? 材料熱變形
? 鋼軌形狀
振動測試
? 振動臺試驗\風洞試驗
? 沖擊試驗
? 模態分析
上海思信科學儀器有限公司面向全國各大高校、科研單位提供檢測及實驗用高精密儀器。
主營產品包括：激光位移傳感器、色散共焦位移計、高速攝像機、紅外熱像儀、激光測振儀、光學形變測量儀、激光剪切散斑干涉儀；日本YAMATO實驗室通用設備、YAMAOT等離子刻蝕/清洗機、YAMAOT等離子灰化裝置、YAMAOT噴霧干燥機等；各種顯微鏡、內窺鏡。
電話：021-31177311
E-mail：sparkshi@think-foucus.com
展開 3.定義接觸條件
選擇密封圈與兩零件直接為曲面到曲面的無穿透接觸，如圖6所示。
圖6
4.邊界條件施加
固定約束樹脂零件下邊線，鈑金零件施加位移約束是O型密封圈壓緊，如圖7所示。
圖7
5.網格劃分
二階四面體實體單元，接觸區域應用局部網格細化，如圖8所示。
圖8
6.分析屬性設置
定義時間增量，啟用大型位移公式，選擇控制與迭代方法，設置步進公差選擇及選擇解算器，如圖9所示。
圖9
7.分析結果后處理
提取應力云圖，如圖10～14所示。
圖10
圖11
圖12
圖13
圖14
8.提取反作用力、接觸應力
提取反作用力和接觸應力，如圖15、16所示。
圖15
圖16
9.線性靜態分析
將提取反作用力、接觸應力得到的反作用力作為已知載荷輸入到線性靜態分析算例，作為載荷邊界條件，同時不關注樹脂零件的形變可以定義3個樹脂件為剛性，如圖17～19所示。
展開 大自然中大部分生物能夠在不改變界面物理化學相互作用的情況下僅僅依靠黏附器官的動態機械形變就能實現快速可逆黏附和脫附，最典型的一個案例就是壁虎。壁虎腳趾在運動中的機械形變會導致其表面微納結構與基底接觸的狀態變化，從而由良好的結合狀態（強范德華力、高黏附力）通過剝離的裂紋擴展機制變為脫離狀態（弱范德華力、低黏附力）。這賦予了壁虎快速可逆可切換的摩擦黏附能力。目前，針對干、濕交變等復雜作業環境，開發具有壁虎腳機械剝離機制特性的仿生智能摩擦黏附材料迫在眉睫。
中國科學院蘭州化學物理研究所固體潤滑國家重點實驗室材料表界面課題組多年來致力于仿生濕黏滑智能界面的設計與構筑。近日，該課題組成功制備得到具有機械響應自剝離特性的智能壁虎腳黏附材料。研究人員通過耦合表面微結構（蘑菇狀硅彈性體）、界面黏附化學（鄰苯二酚基濕黏附共聚物膠）和材料機械形變（響應性水凝膠），開發了一種對溫敏性仿生多層智能黏附器件（SPSA），動態機械變形誘發界面接觸狀態變化，進而實現了水下黏附可逆調控。
圖1. 基于機械響應剝離機制的仿生壁虎腳濕黏附智能器件作業演示圖
研究人員通過使用界面軟接觸黏附力儀測量系統原位表征了SPSA器件與基底表面的動態接觸過程，成功捕獲到接觸界面的裂紋擴展和剝離邊界演變過程（圖2）。通過黏附力測試與接觸力學分析，發現SPSA能夠在干態、濕態環境下通過本體材料的機械變形引發的剝離機制實現黏附力的可逆調控。并且，黏附力與形變曲率半徑的關系是0.5的標度律，且SPSA可在干態與濕態條件下連續可逆循環使用20次以上。
展開 根據該模型的預測，摩擦力與接觸面積成正比，與粗糙程度成負相關，與壓力基本無關。很顯然這個模型和上面的六個實驗現象并不符合。
1945年提出的粘著摩擦模型結合了上面兩種理論（這個時候相對論和量子力學都建立很久了），要點如下：
接觸面表面處于屈服狀態
也就是說，由于表面粗糙，接觸面很小，接觸壓強很大，那么直接假設接觸點屈服是合理的，此時接觸點壓強就等于屈服壓強，可知接觸面積與壓力成正比。
這里就解決了分子作用模型對摩擦力與摩擦面積和壓力預言與實驗結果的矛盾問題了。
滑動摩擦中存在粘著和滑動的交替作用
動摩擦過程中由于接觸點放熱等原因，會發生接觸點粘著（可以理解成焊接在一起），隨后又會因為摩擦力使得接觸點剪切形變，開始滑動，從而形成動摩擦的躍動現象。
摩擦力由包括粘著與犁溝效應在內的多種效應疊加形成的
即使假設了接觸位置屈服，犁溝效應仍然是存在的，并且與兩個接觸面的強度有關。實際上，通過這個模型，可以推導出兩個強度不同的金屬之間的摩擦因數，如果忽略犁溝效應，可以直接推導出摩擦系數等于剪切屈服壓強/受壓屈服壓強。
這個模型依然有問題，這樣推導出的摩擦系數與實驗結果符合的并不夠好。接下來的修正是對接觸部分的狀態做修正，接觸的位置并不都平行于摩擦力的，如果有傾斜（如機械耦合理論描述的一樣）那么上面的計算就不正確，修正之后結果與實驗吻合的更好一些。修正后的模型稱為修正粘著模型。
對于以上所以簡化條件適用的情況下，同時考慮機械作用和分子粘著的修正粘著模型，基本可以解釋在這種情況下摩擦力產生的原因。更多的模型需要一本很厚的專著才能介紹完，并且正如我最開始提到的，這個問題，某種程度上仍然是一個未解之謎。
展開 一個場景如果只能被觀看，而不能發生接觸、碰撞、形變和響應，那么它依然更接近靜態資產，而不是可用于驗證的數字環境。因此，3DGS 是否能夠進入物理交互層，是其能否真正走向仿真的關鍵一步。
CVPR 2024 的PhysGaussian 提供了一個具有代表性的方向[1]。這項工作嘗試讓同一組三維高斯同時承擔渲染與物理仿真的職責，并通過定制化的 Material Point Method 為高斯附加運動學形變和機械應力屬性，以支持彈性體、塑性材料、流體、顆粒體以及碰撞等場景。
這類研究的意義，不在于單純“讓模型動起來”，而在于開始打通真實場景重建與物理動態求解之間的表示鴻溝。過去，真實世界采集、三維建模和物理仿真往往屬于分離流程，中間需要大量人工建模與數據轉換。PhysGaussian 這類工作則表明，研究界正在嘗試讓“觀測到的場景”更直接地轉化為“可求解的場景”。
CVPR 2025 的Gaussian Splashing又進一步將 3DGS 與 Position-Based Dynamics 結合起來，試圖用統一粒子表示同時處理固體與流體的運動合成和渲染[2]。這一方向說明，3DGS 在物理層面的潛力，已經不再局限于局部運動擬合，而是在逐步觸及接觸、交互、流動和多對象耦合等更復雜的問題。
從產業應用角度看，這意味著 3DGS 的價值正在從“高質量重建”延伸到“可交互場景建模”。對于自動駕駛仿真、機器人訓練和數字孿生驗證而言，這是一個非常關鍵的變化。
2、3DGS反射建模
如果說物理交互回答的是“場景如何運動”，那么反射建模回答的則是“場景為何看起來真實”。
這一問題在仿真系統中尤為重要。
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一個場景如果只能被觀看，而不能發生接觸、碰撞、形變和響應，那么它依然更接近靜態資產，而不是可用于驗證的數字環境。因此，3DGS 是否能夠進入物理交互層，是其能否真正走向仿真的關鍵一步。
CVPR 2024 的PhysGaussian 提供了一個具有代表性的方向[1]。
安全氣囊材料卡片介紹；
時間：11月10日， 13:30-15:30
合作伙伴：上海恒士達科技有限公司
地點：線上
費用：免費
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11月10日 | Ansys HFSS+Mechanical濾波器多物理場仿真
簡介：高性能高精密射頻/微波系統和組件設計通常需要考慮在現實世界的多物理場環境中運行，確保不會因為器件高溫形變造成接觸不良
研究人員將具有光熱響應特性的納米粒子整合到器件中，所設計的器件能夠在近紅外激光的輻照下成功實現與壁虎腳趾類似的接觸貼合、形變剝離、脫附的過程，并用于水下物件的抓取與轉移。
圖2.在干濕條件下的SPSA智能黏附器件在動態加載、平衡和去載過程中的裂紋擴展和剝離邊界演變圖。
圖2
因為涉及到橡膠材料的接觸變形，這是材料非線性、接觸、大形變的非線性分析類型問題。其次螺母的鎖緊過程是緩慢的，可以定性為靜態分析問題。如果直接運用靜態非線性那么計算規模會很大。根據關注問題需要，可以設置兩個算例，一個靜態非線性分析得到密封圈接觸壓力、反作用力，如圖3所示。一個靜態線性算例分析鈑金的變形。
滑動摩擦中存在粘著和滑動的交替作用
動摩擦過程中由于接觸點放熱等原因，會發生接觸點粘著（可以理解成焊接在一起），隨后又會因為摩擦力使得接觸點剪切形變，開始滑動，從而形成動摩擦的躍動現象。
摩擦力由包括粘著與犁溝效應在內的多種效應疊加形成的
即使假設了接觸位置屈服，犁溝效應仍然是存在的，并且與兩個接觸面的強度有關。
激光位移傳感器作為一種高精度、非接觸、耐環境強的檢測儀器，逐漸在各行各業中被廣泛應用。針對不同的應用也延伸出了非常多的類型和型號。
最高精度，線性度0.001%到0.1%，分辨率0.5nm到0.1mm
最大量程，130um-2000mm，最遠可測距離1mm到4000mm
最小尺寸，直徑6mm
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最高可耐溫度，2200℃超高溫表面可測
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在線檢測
