接觸壓強(qiáng)
關(guān)注創(chuàng)建者：小學(xué)生+有限元 創(chuàng)建時(shí)間：2020-06-05
接觸壓強(qiáng)的實(shí)例教程
壓接后，線纜與Holder的接觸部分面積為21.56mm^2，接觸壓強(qiáng)為47.6Mpa。
線纜與Holder的保持力大概為667N。
我們采用六邊形的壓接形狀去壓接。
以83.5%壓縮率計(jì)算壓接后的正六邊形高度，得出壓接后的高度為4.725mm。采用1/6模型計(jì)算，內(nèi)芯線纜長(zhǎng)度為7.30mm,壓接刀具長(zhǎng)度為4mm。
計(jì)算得在83.5%壓縮量情況下，Holder最大應(yīng)力達(dá)到265Mpa，未超過(guò)紫銅的拉伸強(qiáng)度275Mpa，亦遠(yuǎn)低于四點(diǎn)刀具的應(yīng)力。其中線纜自身的應(yīng)力大概在125Mpa左右，遠(yuǎn)低于四點(diǎn)刀具的應(yīng)力。
壓接后，線纜與Holder的接觸部分面積為33.04mm^2；接觸壓強(qiáng)為63.1Mpa，高于四點(diǎn)刀具的47.6Mpa。
線纜與Holder的保持力大概為1354N，高于四點(diǎn)刀具的667N。
原四點(diǎn)刀具存在壓縮率不夠且應(yīng)力過(guò)大的問(wèn)題，CR易波動(dòng)。
六邊形刀具最優(yōu)：
無(wú)論從端子最大應(yīng)力還是接觸壓強(qiáng)、接觸面積及保持力，六邊形刀具都是最優(yōu)壓接形狀。
展開(kāi) 1.理想狀態(tài)軸和套筒過(guò)盈配合平均接觸壓力計(jì)算
1.1.假定條件
1）包容件與被包容件處于平面應(yīng)力狀態(tài)，即軸向應(yīng)力為0；
2）包容件與被包容件在結(jié)合長(zhǎng)度上結(jié)合壓力為常數(shù)；
3）材料的彈性模量為常數(shù)；
4）計(jì)算的強(qiáng)度理論，按變形能理論。
1.2.理論計(jì)算公式
1）包容件（套筒）直徑變化量e1
2）被包容件直徑變化量e2
3）有效過(guò)盈量δ
由上述公式可以得到，接觸壓力的理論計(jì)算公式如下
過(guò)盈連接計(jì)算用的符號(hào)含義如下所示
2.過(guò)盈配合平均接觸壓力有限元計(jì)算
Abaqus中，Interference fit負(fù)值表示過(guò)盈，正值表示間隙（注意定義過(guò)盈量時(shí)要使用幅值曲線）。如果要輸出接觸對(duì)的反力，需要在Step模塊中設(shè)置歷史變量輸出。
2.1.過(guò)盈接觸設(shè)置
2.2.邊界條件
取包容件與被包容件的一半進(jìn)行建模，在截?cái)嗝嫣幨┘虞S向約束。假設(shè)過(guò)盈連接段結(jié)合長(zhǎng)度為100mm。
2.3.等效應(yīng)力云圖
2.4.接觸壓強(qiáng)
2.5.接觸力
該過(guò)盈連接的接觸力為177kN，可計(jì)算得平均接觸壓強(qiáng)為14.09MPa。
來(lái)源：DeepFEA
展開(kāi) 接觸屬性（CONTACT PROPERTY）
包括兩部分：接觸面之間的法向作用和切向作用。
對(duì)于法向作用，ABAQUS中接觸壓力和間隙的默認(rèn)關(guān)系是“硬接觸”（HARD CONTACT）。硬接觸：接觸面之間能夠傳遞的接觸壓力大小不受限制；當(dāng)接觸壓力變?yōu)榱慊蜇?fù)值時(shí)，兩個(gè)接觸分離，并且去掉相應(yīng)節(jié)點(diǎn)上的接觸約束。
對(duì)于切向作用，ABAQUS中常用的摩擦模型為庫(kù)侖摩擦，即使用摩擦系數(shù)來(lái)表示接觸之間的摩擦特性。默認(rèn)的摩擦系數(shù)為零，即無(wú)摩擦。庫(kù)侖摩擦的計(jì)算公式為
τ=μ x p
τ是臨界切向力，μ是摩擦系數(shù)，p 是法向接觸壓強(qiáng)（CPRESS）。在切向力達(dá)到臨界切應(yīng)力之前，摩擦面之間不會(huì)發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)。
主面/從面選擇一般性要求：
（1）小面為從面；?
（2）選擇剛度較大的面；
（3）相同剛度（不要僅從彈性模量角度，要從剛度角度，比如大E的殼比小E的塊要軟）的選擇單元粗的作為主面；
（4）主面不能是由節(jié)點(diǎn)構(gòu)成的面，并且必須是連續(xù)的。如果是有限滑移，主面在發(fā)生接觸的部位必須是光滑的，不能有尖角。
有限滑移和小滑移
有限滑移（FINITE SLIDING） 兩個(gè)接觸面之間可以有任意的相對(duì)滑動(dòng)和裝懂，這是定義接觸時(shí)的默認(rèn)特性。在有限滑移的過(guò)程中，ABAQUS/STANDARD需要實(shí)時(shí)地判定從面節(jié)點(diǎn)和主面的哪一部分發(fā)生接觸，因此計(jì)算代價(jià)較大。一般在滑移量大于單元尺寸或者需要精確分析時(shí)，采用有限滑移。
小滑移（SMALL SLIDING） 兩個(gè)接觸面之間只有很小的相對(duì)滑動(dòng)（小于單元尺寸的20%）。
展開(kāi) 根據(jù)該模型的預(yù)測(cè)，摩擦力與接觸面積成正比，與粗糙程度成負(fù)相關(guān)，與壓力基本無(wú)關(guān)。很顯然這個(gè)模型和上面的六個(gè)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象并不符合。
1945年提出的粘著摩擦模型結(jié)合了上面兩種理論（這個(gè)時(shí)候相對(duì)論和量子力學(xué)都建立很久了），要點(diǎn)如下：
接觸面表面處于屈服狀態(tài)
也就是說(shuō)，由于表面粗糙，接觸面很小，接觸壓強(qiáng)很大，那么直接假設(shè)接觸點(diǎn)屈服是合理的，此時(shí)接觸點(diǎn)壓強(qiáng)就等于屈服壓強(qiáng)，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(duì)摩擦力與摩擦面積和壓力預(yù)言與實(shí)驗(yàn)結(jié)果的矛盾問(wèn)題了。
滑動(dòng)摩擦中存在粘著和滑動(dòng)的交替作用
動(dòng)摩擦過(guò)程中由于接觸點(diǎn)放熱等原因，會(huì)發(fā)生接觸點(diǎn)粘著（可以理解成焊接在一起），隨后又會(huì)因?yàn)槟Σ亮κ沟?em>接觸點(diǎn)剪切形變，開(kāi)始滑動(dòng)，從而形成動(dòng)摩擦的躍動(dòng)現(xiàn)象。
摩擦力由包括粘著與犁溝效應(yīng)在內(nèi)的多種效應(yīng)疊加形成的
即使假設(shè)了接觸位置屈服，犁溝效應(yīng)仍然是存在的，并且與兩個(gè)接觸面的強(qiáng)度有關(guān)。實(shí)際上，通過(guò)這個(gè)模型，可以推導(dǎo)出兩個(gè)強(qiáng)度不同的金屬之間的摩擦因數(shù)，如果忽略犁溝效應(yīng)，可以直接推導(dǎo)出摩擦系數(shù)等于剪切屈服壓強(qiáng)/受壓屈服壓強(qiáng)。
這個(gè)模型依然有問(wèn)題，這樣推導(dǎo)出的摩擦系數(shù)與實(shí)驗(yàn)結(jié)果符合的并不夠好。接下來(lái)的修正是對(duì)接觸部分的狀態(tài)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(jī)械耦合理論描述的一樣）那么上面的計(jì)算就不正確，修正之后結(jié)果與實(shí)驗(yàn)吻合的更好一些。修正后的模型稱為修正粘著模型。
對(duì)于以上所以簡(jiǎn)化條件適用的情況下，同時(shí)考慮機(jī)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(chǎn)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(kāi)始提到的，這個(gè)問(wèn)題，某種程度上仍然是一個(gè)未解之謎。
展開(kāi) 圖a為輸出電壓峰值和接觸壓強(qiáng)之間的關(guān)系，圖b為一個(gè)手指尖不斷增大壓強(qiáng)來(lái)按壓1像素的傳感陣列輸出電壓，圖c為3×3像素的觸覺(jué)傳感器實(shí)物圖，圖d為安裝在手臂肌肉上的自驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)傳感器用于檢測(cè)肌肉運(yùn)動(dòng)狀態(tài)及電輸出，圖e為固定在肘部的自驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)傳感器用于監(jiān)測(cè)肘關(guān)節(jié)的彎曲振幅及電輸出，圖f為固定在肘部的自驅(qū)動(dòng)傳感器用于檢測(cè)肘關(guān)節(jié)的彎曲頻率及電輸出。
同時(shí)，還可將該WP-TENG放置于人體皮膚表面作為曲面電子器件，用于觸覺(jué)及人體運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)的自驅(qū)動(dòng)傳感器。摩擦起電機(jī)制使得該WP-TENG在沒(méi)有外部電源的情況下可實(shí)現(xiàn)自驅(qū)動(dòng)的觸覺(jué)傳感。在壓強(qiáng)范圍從2到60 kPa內(nèi)，傳感器具有高靈敏度，并且本工作中組裝的3像素×3像素的觸覺(jué)傳感器陣列可用于映射記錄對(duì)象的觸摸位置或與傳感器接觸的物體的形狀。此外，它不僅可以記錄簡(jiǎn)單的運(yùn)動(dòng)（如肌肉的起伏），也可以通過(guò)輸出電壓的峰值大小和峰的個(gè)數(shù)來(lái)判斷關(guān)節(jié)彎曲的頻率和角度。
這三個(gè)應(yīng)用使得本工作提出的可拉伸透明WP-TENG在人機(jī)界面、柔性機(jī)器人、功能顯示、可穿戴電子、智能衣等領(lǐng)域均表現(xiàn)出良好的發(fā)展前景。
參考文獻(xiàn)：
Z.Wen,* Y. Yang, N. Sun, G. Li, Y. Liu, C. Chen, J. Shi, L. Xie, H. Jiang, D.Bao, Q. Zhuo, and X. Sun*, A WrinkledPEDOT:PSS Film Based Stretchable and Transparent Triboelectric Nanogenerator for Wearable Energy Harvesters and Active Motion Sensors, Adv.Funct. Mater. 2018, DOI: 10.1002/adfm.201803684.
來(lái)源：高分子科學(xué)前沿
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管道施工時(shí)，一般過(guò)程為挖土、放管、埋管，該過(guò)程中土壤應(yīng)力改變，管道受到土壤重力作用產(chǎn)生位移；管道使用過(guò)程中，管道內(nèi)部介質(zhì)產(chǎn)生壓強(qiáng)，對(duì)管道產(chǎn)生影響；當(dāng)有車輛經(jīng)過(guò)管道上方時(shí)，車輛通過(guò)接觸地面產(chǎn)生的壓強(qiáng)對(duì)管道產(chǎn)生影響；同時(shí)，隨著管道的材料、直徑、厚度、埋地深度、管內(nèi)壓強(qiáng)的不同，管道受影響的程度不同；復(fù)合材料材管道因其輕量、壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)，可被用于工程項(xiàng)目，而復(fù)合材料受載特點(diǎn)與傳統(tǒng)管道有一定差異。
14．機(jī)械磨損的主要類型
磨粒磨損，粘著磨損，疲勞磨損，腐蝕磨損
15．墊圈的作用
增加被聯(lián)接件的支撐面積以減小接觸處的壓強(qiáng)和避免擰緊螺母時(shí)擦傷被聯(lián)接件的表面
16．滾動(dòng)螺旋的優(yōu)缺點(diǎn)
14．機(jī)械磨損的主要類型
磨粒磨損，粘著磨損，疲勞磨損，腐蝕磨損
15．墊圈的作用
增加被聯(lián)接件的支撐面積以減小接觸處的壓強(qiáng)和避免擰緊螺母時(shí)擦傷被聯(lián)接件的表面
16．滾動(dòng)螺旋的優(yōu)缺點(diǎn)
薄壁件加工中，夾緊壓力應(yīng)越小越好，六點(diǎn)定位夾緊的浮動(dòng)三爪夾具將受力面縮小到兩個(gè)點(diǎn)，S2非常小，這時(shí)夾緊釘與工件接觸處壓強(qiáng)較大，使夾緊釘輕易嵌進(jìn)工件表面一定深度，夾緊不僅僅依靠摩擦力作用，從而大大增加了夾緊的穩(wěn)定性，在夾緊力較小的情況下，實(shí)現(xiàn)了工件的夾緊定位。
在使用傳統(tǒng)三爪加工8T-4556時(shí)，工件精度很難保證，分歧格品率較高。
薄壁件加工中，夾緊壓力應(yīng)越小越好，六點(diǎn)定位夾緊的浮動(dòng)三爪夾具將受力面縮小到兩個(gè)點(diǎn)，S2非常小，這時(shí)夾緊釘與工件接觸處壓強(qiáng)較大，使夾緊釘輕易嵌進(jìn)工件表面一定深度，夾緊不僅僅依靠摩擦力作用，從而大大增加了夾緊的穩(wěn)定性，在夾緊力較小的情況下，實(shí)現(xiàn)了工件的夾緊定位。
在使用傳統(tǒng)三爪加工8T-4556時(shí)，工件精度很難保證，分歧格品率較高。
4）將晶圓對(duì)置于腔室內(nèi)，并抽真空，然后讓兩晶圓相接觸。腔室氣體壓強(qiáng)通常在10Mpa或者更低，這樣可以使聚合物產(chǎn)生氣體或副產(chǎn)物排出鍵合界面。
5）施壓使需要鍵合的表面緊密接觸
6）重熔或固化黏合劑，控制鍵合溫度曲線
7）冷卻以及鍵合壓強(qiáng)釋放。一般采用氮?dú)獯祾咔皇沂咕A溫度降低完成鍵合。
這樣在后處理中會(huì)看到，在分析步結(jié)束時(shí)模型沒(méi)有過(guò)盈接觸，接觸面上的接觸壓強(qiáng)CPRESS為0，這樣的結(jié)果是不對(duì)的。因此，不能使用Abaqus默認(rèn)的幅值曲Ramp。
3.接觸分析中不同單元性能的比較：
（1）線性減縮積分單元(C3D8R)和非協(xié)調(diào)單元(C3D8I)都適合于接觸分析，二者得到的位移結(jié)果很相近。
壓接后，線纜與Holder的接觸部分面積為33.04mm^2；接觸壓強(qiáng)為63.1Mpa，高于四點(diǎn)刀具的47.6Mpa。
線纜與Holder的保持力大概為1354N，高于四點(diǎn)刀具的667N。
原四點(diǎn)刀具存在壓縮率不夠且應(yīng)力過(guò)大的問(wèn)題，CR易波動(dòng)。
六邊形刀具最優(yōu)：
無(wú)論從端子最大應(yīng)力還是接觸壓強(qiáng)、接觸面積及保持力，六邊形刀具都是最優(yōu)壓接形狀。
可以通過(guò)分析瓶口端部接觸面壓強(qiáng)分布來(lái)考察其擰緊狀態(tài)的密封想能，因?yàn)槠垦b飲料的消費(fèi)場(chǎng)景是多種多樣的，所以仿真分析的時(shí)候要考慮如下一些因素：產(chǎn)地與目的地的氣壓變化、溫度變化；飲料裝箱后堆垛造成的擠壓工況；運(yùn)輸過(guò)程中的顛簸工況等等，要保障經(jīng)歷以上工況瓶蓋保持有效密封，蓋體與蓋裙連接不會(huì)斷掉。
DLUBAL產(chǎn)品:
Dlubal.Rstab.v5.15.001.Multilanguage-ISO 1CD(3D結(jié)構(gòu)分析與計(jì)算軟件包)
Dlubal.RFEM.v2.01.643.Bilingual-ISO 1CD(用以分析由平板、葉片、墻壁等構(gòu)成的二維和三維結(jié)構(gòu)
中變形、內(nèi)應(yīng)力、支撐力和接觸面壓強(qiáng)的
