ansys的接觸摩擦理論的案例
ANSYS接觸摩擦熱分析
ANSYS接觸摩擦熱分析
例子來(lái)源于ANSYS幫助文檔。
分析兩接觸面的摩擦熱，模型如圖1所示。上面的摩擦面一直滑動(dòng)，與下接觸面摩擦產(chǎn)生熱。分析時(shí)采用直接耦合的方法，采用plane13單元，屬于2D耦合場(chǎng)單元，接觸面的目標(biāo)面采用TARGET169，接觸面采用CONTA171。分析時(shí)采用瞬態(tài)分析步完成。
圖1
材料、幾何尺寸與載荷約束如圖2所示。
圖2
建模時(shí)創(chuàng)建兩個(gè)blocks，上面的稱為sliding block，sliding block的下表明為CONTACT AREA，下面的為fixed block，fixed block的上表面為TARGET AREA。
第一個(gè)載荷步，sliding block在10MPa的壓力作用下沿著fixed block的上表面滑動(dòng)3.75mm的距離。滑動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生熱源，并且被兩個(gè)block吸收。
定義block單元
ET,1,PLANE13,4 !后面的4表示KOP1系數(shù)為4，代表自由度為UX, UY, TEMP
其他過(guò)程為定義材料屬性和建模以及定義接觸屬性。
展開(kāi) ansys中定義面面之間的無(wú)摩擦接觸
定義中間實(shí)體，兩邊夾著實(shí)體 兩個(gè)面的無(wú)摩擦接觸，面面之間可以又可以分離，不知道怎么定義接觸好？
是否可以直接定義摩擦系數(shù)為0呢。
求救！！！！！！！！！！！！！1
綁定、無(wú)摩擦與摩擦接觸的對(duì)比分析
概述：
接觸是應(yīng)力分析中的關(guān)鍵因素。選擇正確類型的接觸對(duì)應(yīng)力分析的成功至關(guān)重要。本案例比較了使用不同類型接觸的模擬結(jié)果:粘結(jié)接觸、摩擦接觸和無(wú)摩擦接觸。結(jié)果強(qiáng)調(diào)了選擇真實(shí)接觸類型的重要性。
目標(biāo)：
1、比較粘結(jié)、無(wú)摩擦和摩擦接觸
2、理解選擇正確接觸類型的重要性
步驟：
對(duì)梁柱節(jié)點(diǎn)建模，考慮梁與柱之間的摩擦接觸
1、打開(kāi)Ansys Workbench，創(chuàng)建一個(gè)"靜力結(jié)構(gòu)"分析，檢查單位。
2、導(dǎo)入幾何圖形(圖1)。
圖 1 螺栓螺紋模型的幾何形狀
對(duì)幾何模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分。建議在螺栓和孔洞周圍進(jìn)行網(wǎng)格加密，以提供足夠的離散精度，準(zhǔn)確刻畫幾何形狀。采用線性單元，使總節(jié)點(diǎn)數(shù)低于學(xué)術(shù)版軟件許可的限制。設(shè)置全局網(wǎng)格尺寸為 25 mm，對(duì)螺栓和節(jié)點(diǎn)區(qū)域采用局部網(wǎng)格尺寸 10 mm，對(duì)孔洞采用5 mm 的網(wǎng)格尺寸。網(wǎng)格劃分后的模型示意圖如圖 2 所示。
圖 2 網(wǎng)格模型的示意圖
3、定義各部件之間的接觸關(guān)系。軟件會(huì)自動(dòng)在相互鄰近的部件之間設(shè)置綁定接觸。將螺栓與孔之間的接觸類型改為無(wú)摩擦接觸，其余所有接觸均設(shè)置為摩擦接觸，摩擦系數(shù)取 0.2。本案例重點(diǎn)考察梁與柱之間的接觸，并采用摩擦接觸進(jìn)行計(jì)算。螺栓預(yù)緊力會(huì)在梁與柱之間產(chǎn)生壓力，而摩擦接觸可阻止二者發(fā)生相對(duì)滑移（見(jiàn)圖 3）。
圖 3 梁與柱之間的摩擦接觸
4、定義分析設(shè)置并施加邊界條件。
設(shè)置兩個(gè)分析步：
第一步，施加螺栓預(yù)緊力；
第二步，在梁的頂面施加豎向荷載。
邊界條件示意圖如圖 4 所示。施加螺栓預(yù)緊力時(shí)需要建立局部坐標(biāo)系，且z 軸需與螺栓軸線保持一致（見(jiàn)圖 5）。
展開(kāi) 摩擦副油膜理論簡(jiǎn)述
擠壓油膜理論
如果摩擦副之間已經(jīng)形成具有一定厚度的初始油膜厚度，在外載荷的作用下，油膜被擠壓變薄。與此同時(shí)，在摩擦副間形成壓力場(chǎng)，此壓力場(chǎng)的合力，可以平衡外載荷力。油膜受擠壓而產(chǎn)生的平衡外載荷力的效果，稱為油膜的擠壓效應(yīng)。
設(shè)有一半徑為R的圓盤，與壁面之間開(kāi)始形成的油膜厚度為h，在外載力W的作用下，圓盤的油膜受擠壓而變薄，即有一定的流量要從圓盤下向外側(cè)排出，同時(shí)在圓盤底面產(chǎn)生了壓力場(chǎng)，此壓場(chǎng)的合力，與外載荷力向平衡。
平面圓盤下油膜的承載能力，與壓下的速度成正比，與油膜厚度的三次方成反比，與油的粘度和圓盤半徑有關(guān)。油膜厚度越薄，其承載能力大幅增加。但當(dāng)載荷越大，作用時(shí)間越長(zhǎng)，甚至發(fā)生圓盤與壁面的直接接觸，這時(shí)油膜擠壓效應(yīng)就沒(méi)有作用了。
展開(kāi) 
庫(kù)倫及庫(kù)倫的干摩擦理論
庫(kù)倫干摩擦理論的局限性
庫(kù)倫的干摩擦理論中，摩擦因數(shù)是一個(gè)十分重要的量。但實(shí)際上的這個(gè)摩擦因數(shù)是一個(gè)很不準(zhǔn)確的大約值，它受環(huán)境條件影響變化比較大，這些影響因素包括濕度、溫度、接觸面的光潔度等等。
該理論僅僅適用于接觸表面是干燥或有極少的液體存在，如果接觸面存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)，庫(kù)倫的干摩擦理論也僅在低速時(shí)適用。
庫(kù)倫的干摩擦理論和接觸面積無(wú)關(guān)。但在多數(shù)實(shí)際情況下，事實(shí)并非如此。例如，汽車輪胎和路面的附著摩擦力。
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展開(kāi) 關(guān)于摩擦接觸分析
? 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(wú)“粘合”
– 該模型僅適合模型在某固定方向連續(xù)滑動(dòng)時(shí).
? 例如使用研磨輪對(duì)部件進(jìn)行成型加工時(shí).
– u = 0處的不連續(xù)等效于無(wú)窮大的剛度值.如果滑動(dòng)停止或方向改變，則會(huì)出現(xiàn)收斂困難.
? 在Coulomb模型中，隨著法向壓力的增大，傳遞的最大剪應(yīng)力也隨之增大.
? 當(dāng)然，接觸面之間的剪切屈服限制了其剪應(yīng)力的大小.
? 在某些情況下，接觸表面粘合在一起，即使沒(méi)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).
? 摩擦系數(shù):
? 對(duì)于所有的 ANSYS 接觸單元, 摩擦系數(shù) m通過(guò)材料屬性MU來(lái)指定 . （缺省時(shí) m = 0）
? 滑動(dòng)時(shí)的摩擦系數(shù) m比靜止時(shí)的小.
– 滑動(dòng)時(shí): 動(dòng)摩擦系數(shù).
– 靜止時(shí): 靜摩擦系數(shù).
? 面－面單元 (171-174)和點(diǎn)－面單元(175)可以指定一個(gè)和表面滑動(dòng)速度相關(guān)的動(dòng)摩擦系數(shù).
展開(kāi) 接觸摩擦運(yùn)動(dòng)的約束、預(yù)應(yīng)力、載荷加載問(wèn)題
4、因存在靜摩擦和動(dòng)摩擦的轉(zhuǎn)化。怎樣設(shè)置轉(zhuǎn)化的界限？
譬如，可能有三種情況：
㈠ S1靜摩擦，S2靜摩擦
㈡ S1靜摩擦，S2動(dòng)摩擦
㈢ S1動(dòng)摩擦，S2動(dòng)摩擦
剛學(xué)ANSYS，請(qǐng)求指點(diǎn)，不勝感激！
圖1
圖2
圖3
有限元分析中的接觸和摩擦模擬（二）
該方法可用于分析無(wú)摩擦接觸問(wèn)題，也可用于大變形摩擦接觸問(wèn)題。增廣拉格朗日技術(shù)可以與Uszawa算法結(jié)合在一起使用，在計(jì)算流程中使用嵌套的雙重循環(huán)，內(nèi)循環(huán)用以處理接觸約束條件，外循環(huán)用以更新拉格朗日乘子。嵌套迭代方式增加了總的迭代次數(shù)，但是使算法的數(shù)值實(shí)現(xiàn)變得簡(jiǎn)潔。
5 接觸邊界條件和弱形式
5.1 接觸問(wèn)題的變分形式
因?yàn)?em>接觸條件是不等式約束，我們可以導(dǎo)出接觸問(wèn)題的等效變分不等式形式，位移場(chǎng)的解u必須滿足該不等式。
nastran_patran線接觸摩擦方面分析例1
分享一個(gè)nastran_patran線接觸摩擦方面分析例子，希望能有點(diǎn)價(jià)值
nastran_patran線接觸摩擦方面分析例1-1.rar
nastran_patran線接觸摩擦方面分析例1-2.rar
輪胎-地面滾動(dòng)摩擦接觸有限元分析
由于充氣輪胎是由簾線、橡膠、鋼絲圈等組成的復(fù)雜結(jié)構(gòu)體, 正常工作狀態(tài)下受力復(fù)雜, 其結(jié)構(gòu)分析涉及到材料非線性、幾何非線性及輪胎與地面的接觸非線性等復(fù)雜問(wèn)題, 使得對(duì)輪胎的各種力學(xué)性能的精確分析都非常困難。
1、問(wèn)題描述
地面假設(shè)為剛性面，材料為結(jié)構(gòu)鋼，輪胎的材料模型使用2參數(shù)M-R模型，密度為2500，C10=10MPa，C01=2.5E8Pa，D1=1E-5。輪胎和地面的摩擦系數(shù)為0.35，輪胎內(nèi)部承受恒定壓力0.1MPa，并且承受3000N的載荷。輪胎從0-3s，由0RPM加速到68RPM。輪胎的厚度為0.006m。
2、技術(shù)路線
3、關(guān)鍵步驟
來(lái)源：CAE技術(shù)聯(lián)盟
展開(kāi) 有限元分析中的接觸和摩擦模擬（一）
但是橡膠材料在發(fā)生彈性變形后，由于產(chǎn)生彈性滯后，顯示出很大的不可逆的能量耗散，在某些情況下，這是摩擦的主因。
綜上所述，引起摩擦的表面相互作用有兩個(gè)來(lái)源：即粘著和材料位移。發(fā)生微觀的彈性和塑性變形以及斷裂，會(huì)引起能量的耗散。這些表面作用涉及到界面的原子間復(fù)雜的化學(xué)和電磁作用，因此一些研究者試圖將承受切向載荷的接觸界面考慮為一層獨(dú)立的物質(zhì)。
Bowden和Tabor提出了簡(jiǎn)單粘著磨擦理論，其出發(fā)點(diǎn)是：當(dāng)金屬表面壓緊時(shí)，微凸體頂端相互接觸。接觸著的微凸體上壓力很高，導(dǎo)致塑性變形，令接觸面積增大到實(shí)際接觸面積A恰好能法向支承載荷fN為止。因此，對(duì)于屈服壓力為p0的理想的彈塑性材料，有
簡(jiǎn)單粘著摩擦理論認(rèn)為，在接觸表面緊密接觸區(qū)會(huì)發(fā)生牢固的粘著。如為剪斷節(jié)點(diǎn)所需的單位接觸面積上的力，而tT為摩擦力，則有
其中pe是考慮到堅(jiān)硬微凸體在較軟的表面上“犁溝”所需的力而引入的附加項(xiàng)。此理論可以解釋兩條摩擦定律：摩擦力與表觀接觸面積無(wú)關(guān)；摩擦力與載荷成正比。
實(shí)驗(yàn)表明，對(duì)于高真空中的潔凈金屬表面，可能獲得很大的摩擦力，表明實(shí)際接觸表面比簡(jiǎn)單粘著理論所指出的要高得多。在簡(jiǎn)單粘著理論中，認(rèn)為A決定于屈服壓力p0和法向載荷fN。對(duì)于靜態(tài)接觸，這大致是正確的。但是在摩擦的情況下，還作用有切向力，屈服取決于正應(yīng)力和剪應(yīng)力的復(fù)合作用。所以Bowden和Tabor進(jìn)一步考慮了復(fù)合應(yīng)力對(duì)微凸體接點(diǎn)實(shí)際接觸面積的影響，提出了修正的粘著摩擦理論：
fN/p0為僅考慮法向載荷影響而得出的接觸面積，而α(tT/p0)2表示由剪力或摩擦力產(chǎn)生的增量。
展開(kāi) 
有限元分析中的接觸和摩擦模擬（四）
拉氏乘子法一般僅用于處理法向接觸約束，對(duì)于切向摩擦，仍可使用式(2.54)描述的界面本構(gòu)關(guān)系來(lái)處理。
11.2 Uszawa算法
基于增廣拉格朗日法的Uszawa型算法，也可用于摩擦的處理。該種算法在切向也引入一個(gè)拉氏乘子。所形成的求解方程如下：
Uszawa型算法求解摩擦接觸問(wèn)題的流程如下：
12 小結(jié)和一些現(xiàn)實(shí)的考慮
基于變分等式的接觸算法，如拉氏乘子法、罰函數(shù)法、直接約束法、增廣拉格朗日法等，這些變分等式算法首先假定接觸界面已知，然后設(shè)法在接觸面上施加等式約束，因此在計(jì)算中需要進(jìn)行接觸探測(cè)和判斷來(lái)確定接觸界面的具體范圍。而基于變分不等式的算法，如連續(xù)二次規(guī)劃法、內(nèi)點(diǎn)法等，則是建立在最優(yōu)化理論基礎(chǔ)上，將接觸問(wèn)題描述為一個(gè)不等式約束最小化問(wèn)題，然后采用優(yōu)化方法進(jìn)行求解。
目前拉氏乘子法、罰函數(shù)法和增廣拉格朗日法接觸算法已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，而基于最優(yōu)化理論的接觸算法在工程中應(yīng)用的較少。
展開(kāi) 【機(jī)械加工】?jī)晌矬w接觸面摩擦幾下，竟然能粘在一起！
【行業(yè)知識(shí)】工業(yè)機(jī)器人基礎(chǔ)知識(shí)，給新入行的小伙伴
▲兩個(gè)物體在接觸面摩擦幾下，驚奇的焊接在一起，這其實(shí)是線性摩擦焊
線性摩擦焊是一種固相焊接技術(shù)，在焊接壓力作用下，其中一個(gè)焊件相對(duì)另一個(gè)焊件沿直線方向以一定的振幅和頻率作直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)，發(fā)生摩擦粘結(jié)與剪切并產(chǎn)生摩擦熱
摩擦界面溫度上升，當(dāng)摩擦表面達(dá)到粘塑性狀態(tài)時(shí)，在壓力的作用下焊合區(qū)金屬發(fā)生塑性流動(dòng)形成飛邊，當(dāng)摩擦焊接區(qū)的溫度和變形達(dá)到一定程度后，焊件對(duì)齊并施加頂鍛壓力，焊合區(qū)金屬通過(guò)相互擴(kuò)散與再結(jié)晶使金屬焊為一體，完成整個(gè)焊接過(guò)程。
▲線性摩擦焊應(yīng)用于戰(zhàn)斗機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)整體葉盤、空心葉片葉盤等的制造
溫馨提示：請(qǐng)?jiān)赪IFI環(huán)境下觀看！
線性摩擦焊的技術(shù)特點(diǎn)：
加工效率高，材料損耗小。線性摩擦焊相比于數(shù)控銑削，可以節(jié)省大量的貴重金屬，提高金屬利用率；焊接過(guò)程中完全自動(dòng)化，人為參與因素很小，焊接控制參數(shù)如壓力、時(shí)間、頻率和振幅等參數(shù)控制簡(jiǎn)單，故其可靠性高，且使加工時(shí)間大幅降低，效率明顯提高；
焊接質(zhì)量高，焊接過(guò)程中不產(chǎn)生與熔化和凝固冶金有關(guān)的一些焊接缺陷和焊接脆化現(xiàn)象，由于加熱時(shí)間短，熱影響區(qū)窄，組織無(wú)明顯粗化。在焊接鋁、鈦合金材料中，更能體現(xiàn)其優(yōu)越性；
可以焊接兩種不同的材料；
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展開(kāi) Abaqus輪-軌接觸摩擦磨損(UMESHMOTION子程序)仿真案例講解 ￥600
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有限元分析中的接觸和摩擦模擬（三）
7 摩擦數(shù)值算法簡(jiǎn)介
在過(guò)去的三十年間，計(jì)算接觸力學(xué)領(lǐng)域發(fā)展了多種用于求解摩擦接觸問(wèn)題的算法。在對(duì)摩擦接觸問(wèn)題進(jìn)行數(shù)值模擬時(shí)，一個(gè)主要困難是摩擦力與切向滑動(dòng)量之間的本構(gòu)關(guān)系是非光滑的，本構(gòu)函數(shù)在某些點(diǎn)上不可微分，從而造成數(shù)值計(jì)算中迭代收斂困難，這個(gè)問(wèn)題可以通過(guò)對(duì)摩擦本構(gòu)關(guān)系的規(guī)則化來(lái)解決。
目前已有多種迭代方案用于帶摩擦的接觸分析，可大致分為以下幾類：試探-校核算法、基于塑性理論中的彈塑性類比方法、基于優(yōu)化理論的數(shù)學(xué)規(guī)劃方法。后兩類方法以嚴(yán)密的數(shù)學(xué)理論為基礎(chǔ)，其可靠性高于試探-校核算法。
試探-校核算法通常是應(yīng)用于小變形情況。對(duì)于摩擦接觸問(wèn)題，解的唯一性和存在性均不能保證，因此試探-校核算法在很多情況下并不可靠。但試探-校核算法仍然得到了成功的應(yīng)用，在顯式有限元分析中能夠獲得合理的結(jié)果。
近幾十年，Coulomb定律和其他摩擦本構(gòu)關(guān)系被納入塑性理論的研究范疇，基于彈塑性理論的返回映射方案已成功應(yīng)用于有限元摩擦接觸分析，該方案使算法的收斂行為和可靠性產(chǎn)生了本質(zhì)的提高。返回映射方案最初用于材料非線性問(wèn)題，用以積分彈塑性本構(gòu)關(guān)系。將摩擦定律類比為彈塑性本構(gòu)關(guān)系，就可以將返回映射方案應(yīng)用于帶摩擦的接觸分析。由于摩擦本構(gòu)關(guān)系的非關(guān)聯(lián)性，返回映射方案所得到的切線剛度矩陣通常不對(duì)稱，增加了數(shù)值求解的難度。除返回映射方案之外，其他幾種來(lái)源于塑性理論的方法，例如屈服極限拉氏乘子法，也已用于摩擦接觸問(wèn)題的數(shù)值分析中。
數(shù)學(xué)規(guī)劃方案在摩擦的模擬中也有較為成功的應(yīng)用。
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