接觸力學的案例
番木瓜摘取的接觸力學模型構建與試驗 附接觸力學文檔下載
結果和結論
樣本表面無明顯變形、壓痕與裂紋，夾持處果肉室溫靜置 24 h 后無明顯的顏色變化和傷痕，最大夾持力遠小于成熟番木瓜橫徑方向受壓彈性變形階段壓力極限值；質量和摘取扭轉力矩與橫徑、縱徑、果柄長度、果柄扭斷直徑有密切依存關系，質量多元線性回歸達極顯著水平，扭轉力矩多元線性回歸達顯著水平；依據接觸力學模型和回歸模型計算的理論夾持力與測量夾持力對比，測量夾持力均高于理論夾持力，兩者最大偏差小于20%，兩者在趨勢上具有較好一致性。摘取方案能穩定無損傷摘取番木瓜，摘取接觸力學模型具有正確性與實用性，可為番木瓜摘取末端執行機構設計與力度控制提供依據。
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在微納米尺度下，材料的表面形貌和表面相互作用極大地影響了材料的吸附接觸行為，發展吸附接觸力學理論對生物力學、微納米機電和原子力顯微鏡等眾多領域都具有重要的基礎意義。近期，中國科學技術大學工程科學學院、中國科學院材料力學行為和設計重點實驗室鄭志軍研究組在粗糙表面的彈性吸附接觸力學方面取得新進展。他們發現表面粗糙度可以改變接觸界面的強度和吸附模式，并揭示了界面增強/減弱和吸附模式轉變的力學機理。相關研究成果以“Adhesion of elastic wavy surfaces: Interface strengthening/weakening and mode transition mechanisms”為題發表在固體力學領域旗艦期刊Journal of the Mechanics and Physics of Solids (JMPS 2021;151:104402)上。
自然界中許多現象與粗糙表面吸附接觸問題密切相關，如昆蟲吸附在物體表面、壁虎在墻壁上行走、細胞吸附探針或其它細胞、噬菌體侵染大腸桿菌。理想光滑表面并不存在，實際表面都是粗糙的，表面粗糙度對材料吸附行為的影響存在著持久性爭議，力學機理尚不明晰。2007年，美國布朗大學Guduru教授及其合作者將經典的JKR理論推廣用于研究波浪形粗糙表面的吸附接觸問題（后來被稱為Guduru問題，圖1），認為表面粗糙度使材料界面得到增強，并指出其機理為表面粗糙度引起了載荷-位移曲線的振蕩，增大了分離界面所需要的拔出力。然而，Guduru的結果導致拔出力與粗糙度正相關的悖論，無法解釋那些表面粗糙度減弱吸附的實驗現象。
展開 《預應力結構錨固-接觸力學與工程應用》
頁數 237 字數 430千字 開本 16 裝幀 精裝
本書從彈一塑性力學和接觸力學的基本概念和理論出發，建立錨固一接觸力學的理論框架和有限元格式，給出有限元數值計算和分析的方法；結合錨具和構件的力學性能實驗，以及土木和水利工程的預應力結構實際問題，給出錨具設計和工程錨固的具體例題。本書的目的是使讀者在理論上可學、實驗上可信和設計上可用。
本書可供從事預應力結構科研、設計和施工的工程技術人員及高等院校土木和水利工程專業的教師和研究生等參考。
：界面接觸力學與潤滑行為的科學詮釋 - 仿生自適應潤滑調控材料
軟物質濕滑材料在受力剪切條件下通常會發生嚴重的彈性變形，這不僅對滑動界面實現低摩擦狀態不利，而且會引起材料力學疲勞甚至結構破壞，加速磨損的產生。在確保界面高度水化的條件下，如何抵制軟物質材料的彈性變形，實現潤滑、承載和抗磨的統一，對于認識界面接觸力學與潤滑行為的科學關系以及開發仿生智能軟體機器人具有重要意義。
自然界中，很多生物體的軟組織或器官進化出了具有力學模量動態可調控特征的先進機制，可實現界面接觸狀態的動態轉變，以滿足運動過程中對不同界面摩擦/潤滑量級的需求。以鯰魚為例，其表面通常展現出濕滑的特性（親水的天然大分子層），在我們意識里面應該很難抓住它。事實上，在鯰魚處于平靜狀態時，我們仍然能夠很容易地用手抓住它。然而，一旦鯰魚發生掙扎，其將很容易從我們手中掙脫掉；此時，我們會感觸到魚皮表面進入了一種硬化和超滑的狀態；這主要是因為鯰魚受到外界刺激時，肌肉系統應激發生了快速硬化，導致手掌和魚皮表面接觸點大幅度減小，摩擦力顯著降低。
最近，受鯰魚肌肉硬化觸發的潤滑轉變行為啟發，中科院蘭州化學物理研究所周峰/麻拴紅團隊，報告了一種新型的模量自適應潤滑水凝膠材料，該材料由幾十微米厚度的表面聚電解質親水潤滑層（模擬鯰魚濕滑的表皮）和具有熱觸發相變特征的底部水凝膠承載層（模擬鯰魚的肌肉單元）組成。科研人員通過球-盤往復滑動摩擦測試方式驗證了制備材料的智能潤滑調控行為。低溫條件下，材料處于軟質凝膠態（模量：~0.3 MPa），盡管潤滑層處于高度水化狀態，滑動剪切仍然會引起材料的嚴重彈性畸變，此時摩擦對偶與材料表面接觸充分，使得界面摩擦系數較大（μ~0.37）。
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水稻谷粒與脫粒元件碰撞過程的接觸力學分析
針對中國水稻在機械化收獲過程中稻谷損傷嚴重，脫粒裝置的設計仍以經驗為主等現狀，從碰撞的角度，建立了谷粒與脫粒元件接觸過程的位移量和最大壓力分布方程，并以釘齒脫粒滾筒為例，求得了稻谷產生應力裂紋或破碎時稻谷與脫粒元件碰撞的臨界相對速度，室內臺架試驗驗證了理論分析的正確性，為深入研究水稻谷粒與脫粒元件的相互作用、稻谷的脫粒損傷機理以及脫粒裝置的設計提供了理論依據
水稻谷粒與脫粒元件碰撞過程的接觸力學分析.pdf
基于ABAQUS自然膝關節步態下接觸力學仿真模型
基于ABAQUS自然膝關節步態下接觸力學仿真模型
軟件版本：ABAQUS2019
模型運動條件：膝關節屈曲運動
基于ABAQUS自然髖關節步態下接觸力學仿真模型
基于ABAQUS自然髖關節步態下接觸力學仿真模型
軟件版本：ABAQUS2019
模型運動條件：髖關節內旋運動
基于ABAQUS的人工髖關節置換假體接觸力學仿真模型
基于ABAQUS的人工髖關節置換假體接觸力學仿真模型
軟件版本：ABAQUS2019
模型：依據論文尺寸建立
模型運動條件：ISO 14242-1 2014(三個方向的轉動曲線和豎直方向的力受力曲線)
ABAQUS有限元接觸力學和非線性瞬態動力學
分享2本比較經典和介紹很詳細的教材：計算接觸力學，非線性瞬態動力學，非常值得推薦一看。
Wriggers - 2006 - Computational contact mechanics.pdf
Wu 和 Gu - 2012 - Introduction to the Explicit Finite Element Method.pdf
Boulbes - 2020 - Troubleshooting Finite-Element Modeling with Abaqu.pdf
ANSYS-球軸承-接觸力學
根據接觸力學理論并考慮軸承的結構受載特點可知，軸承為軸對稱模型，因此建模時只取該滾子的1/6有限元模型即可.，取計算單元solid brick 8node185,彈性模量為20.6e5，泊松比為0.3，摩擦系數為0.3。
圖1 有限元幾何模型的建立
三、網格劃分
對于軸承分析問題，采用Structural Solid 中的Brick 8node 185 單元劃分網格。鋼珠網格劃分采用映射劃分原則，其余部分采用掃描劃分，劃分為網格的模型如下圖。
圖2 劃分網格后的模型
由于生成的網格中，軸承滾珠和內外圈之間的網格是連續的，也就是說兩個部件之間是剛性地連接在一起的，與實際不符，所以需用耦合來定義相互之間的關系。耦合后的網格模型如下：
圖3 創建耦合后的模型
四、模型接觸設置和邊界條件
由于軸承內圈和軸面接觸，以平面為接觸面，選取相應的接觸單元，利用接觸向導建立surface-to-surface接觸。接觸模型如圖4所示：
圖4 對模型創建接觸
五、施加約束
根據滾動軸承的結構和在總體坐標下對模型邊界約束。軸承外圈外表面完全固定，對切割部分的幾個面上施加對稱位移約束，由于軸承和軸接觸，所以在柱坐標下施加軸Y方向的位移約束。
圖5 對模型加入Y向約束
六、計算結果及分析
對所建立的模型進行非線性分析,計算結果收斂。求解得到軸承過盈裝配時應力分布圖,圖3-6為過盈裝配過程中結構變形圖、圖3-7為柱坐標系下Y方向應力等值線圖、圖3-8為為直角坐標系的VonMises應力分布圖,圖3-9為接觸應力等值線圖 。
展開 螺栓連接鈑金應力的CAE評價方法
尤其是對于具有多個螺栓連接的鈑金結構的FEM解析，由于CAE資源的限制或者是追求高效的解析，用簡單的螺栓模型近似的方法代替螺栓與鈑金的詳細的接觸模型是很常見的。最終陷人利用上述不適合應力解析的解析模型來評價應力的錯誤邏輯。取而代之，先進行整體模型的解析，之后利用局部解析模型（例如、“Zoom-in方法”）期待在解析精度上得到改善，但是除控制了計算規模以外，局部解析模型的位移邊界插值處理的妥當性問題以及接觸計算的解析精度等的問題沒有得到很好的解析，該方法也不能說是一個有效的CAE方法。
另一方面，螺釘連接平板的接觸力學近幾年得到了很大的進步。眾所周知的Hertz（1882）的圓柱和半無限體的接觸力學對于接觸角在30°以下是可行的，但是對于螺栓和孔的間隙很小的接觸問題一般是不適用的。Ciavarella and Decuzzi(2001)根據Persson(博士論文,1964)的螺釘連接平板相關的接觸力學，將其擴展到無摩擦、不同的螺釘和平板材料、以及任意的初始間隙條件，導出螺釘連接平板的應力解析解。同一時期Ho and Chua利用別的方法也導出了能夠處理不同材料以及界面摩擦的解析解。Iyer利用高精度FEM解析對摩擦、不同材料的接觸以及鈑金的有限尺寸的影響進行探討，得到了與Ciavarellaand Decuzzi解以及Ho and Chua解一致的結果，間接地證明了接觸理論的精度。另外，Yavari的 FEM解析結果得到大的摩擦系數以及小的鈑金寬度會提高連接鈑金安全率的結果，由此保證了基于Ciavarella and Decuzzi解的設計是更偏于安全。
本研究提出了最新的FEM解析和螺栓連接平板的接觸力學有機結合的高效、高精度的螺栓連接鈑金應力評價的CAE方法。
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ANSYS Mechanical 2022 新功能：單元、接觸、斷裂力學、并行計算
本期是ANSYS Mechanical 2022 功能更新之單元、接觸、斷裂力學、并行計算。
文末領取學習資料
下面我們看看具體的更新內容：
一、單元部分
增強單元性能加強
面增強單元的彎曲剛度
使用單軸剛度單元進行反向求解
耦合單元的增強
運動副單元增強
二、接觸部分
基于Dual Shape函數的接觸算法
新的自適應小滑移選項
殼-實體組裝件的準確性改進
螺栓預緊支持通用軸對稱單元
網格獨立點焊增強功能
瞬態動力學精度改進：HHT算法
力矩收斂參考值計算穩健性改進
三、斷裂力學
基于應力比率的疲勞裂紋閉合
Paris定律與裂縫閉合效應相結合
應力比率（R）相關的疲勞裂紋擴展規律
靜態裂紋擴展的溫度/時間相關斷裂準則
自適應裂紋初始化/插入
3D界面單元
動態裂紋擴展尺寸控制
四、求解器效率提升
資源預測增強
分布式求解增強
文章篇幅有限
下圖微信掃碼領取完整版學習資料
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封面：
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基于接觸分析的凸度滾子軸承力學特性研究與結構優化
軸承是旋轉機械中不可缺少的重要零件之一，其力學特性分析與軸承的設計和應用密切相關，而評定滾動軸承實際工作性能的各項技術因素如承載能力、疲勞壽命、變形與剛度等，都涉及到彈性接觸問題。用有限元法求解軸承的接觸問題，分析應力分布和彈性變形等，將成為提高滾動軸承的承載能力和使用壽命及進行優化設計的關鍵
基于接觸分析的凸度滾子軸承力學特性研究與結構優化.pdf
《現代接觸動力學》
【基本信息】 ISBN：7810890549 301 尺寸：小16開 印張：19.75 字數：493000 印次：1 印刷時間：2003/06/01 用紙：膠版紙 版次：1
【內容提要】
接觸動力學是一門有重要理論與實用意義并有街于深入研究的學科。接觸問題，如摩擦和碰撞，出現在諸如機械、儀器及車輛等許多工業領域中，只有解決其計算問題，才能在許多情況下模擬其真實過程，改進設計，減少費用，降低噪聲等。
本書全面介紹了當今計算接觸動力學問題的基本方法，包括多剛體動力學、線性和非線性有限元、剛體接觸和彈性接觸以及數值和幾何問題的算法，著重討論了如何用多剛體和有限元混合算法計算求解大運動、大變形的動態接觸問題，并對描述碰撞接觸過程的理論模型和測試手段作了扼要的介紹。
本書可作為力學、機械、車輛、儀器等專業研究生的教材，也可作為以上領域科技人員的參考書。
【作者簡介】
艾伯哈特，1966年生于德國Stuttgart大學動力學與控制專業。后在Stuttgart大學力學所B工作，1995年在美國Argonne國家實驗室工作，1996年在Stuttgart大學獲博士學位，后作為博士后在美國加州大學伯克利分校工作1年。2000年被騁為德國愛爾蘭大學力學教授。 2002年任Stuttgart大學教授和力學所B的所長。近年來發表專著3部，學術論文50多篇。鑒于他在接觸力學研究中的貢獻，2000年榮獲德國理查德·馮·史密斯獎。他的研究領域涉及機械系統的優化與靈敏度分析、數值程序中的自動化求導、應力波傳播實驗、有限元、邊界元、多剛體系統接觸動力學。
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