COMSOL摩擦接觸的案例
使用 COMSOL 分析涉及粘滑摩擦的瞬態(tài)接觸問題
對于許多接觸問題，粘滑摩擦轉換是一個重要分析點。這種現(xiàn)象可以影響兩個物體的接觸區(qū)域附近的應力、應變和變形。COMSOL 軟件提供了處理此類力學接觸問題及驗證結果所需的工具。通過清晰地了解粘滑摩擦轉換及其后續(xù)影響，我們可以提高相關系統(tǒng)的安全性和能效。
機械接觸問題中的粘滑現(xiàn)象
每一天，我們都可以聽到汽車輪胎剎車或火車進站停車時發(fā)出的噪音。雖然我們很熟悉這個聲音，但對它們背后的現(xiàn)象未必清楚。
粘滑現(xiàn)象出現(xiàn)在許多應用中，例如即將停靠在站前的火車。圖片來自DozoDomo。在 CC BY-SA 2.0 許可下使用，通過 Flickr Creative Commons 分享。
粘滑是力學接觸應用中的常見現(xiàn)象，它描述當兩個表面時而彼此粘附，時而相對滑動的交替運動。當這種運動發(fā)生時，摩擦力會發(fā)生相應的變化。總的來說，這些相互作用可以影響兩個物體接觸區(qū)域周圍的應力、應變和變形，進而又影響系統(tǒng)的效率和安全性。
“案例庫”提供了一個新教程，可用于處理涉及粘滑摩擦轉換的瞬態(tài)接觸問題。讓我們來看一看模型的設置及其生成的結果。
注意：此示例目前可通過更新“案例庫”來獲得。
在 COMSOL Multiphysics? 中分析瞬態(tài)接觸問題
在此例中，模型幾何體由半管和中空軟管的截面組成。半管的過渡段長度為 50 cm，半徑約為 1 m。同時，軟管的厚度為 2 cm，半徑為 15 cm。
模型幾何。
在半管式滑道頂部釋放一根受重力載荷作用的中空軟管，其質心比水平面高 75 cm。兩個物體始終相互接觸。根據(jù)軟管的速度及其在滑道中的位置，軟管運動在滑動和滾動之間變化。我們利用指數(shù)動態(tài)庫侖摩擦模型，將摩擦系數(shù)定義為滑移速度的函數(shù)。
針對這項仿真研究，我們感興趣的值是軟管的位移和能量平衡——后者可用于驗證結果的準確性。計算時間為四秒。
展開 綁定、無摩擦與摩擦接觸的對比分析
概述：
接觸是應力分析中的關鍵因素。選擇正確類型的接觸對應力分析的成功至關重要。本案例比較了使用不同類型接觸的模擬結果:粘結接觸、摩擦接觸和無摩擦接觸。結果強調了選擇真實接觸類型的重要性。
目標：
1、比較粘結、無摩擦和摩擦接觸
2、理解選擇正確接觸類型的重要性
步驟：
對梁柱節(jié)點建模，考慮梁與柱之間的摩擦接觸
1、打開Ansys Workbench，創(chuàng)建一個"靜力結構"分析，檢查單位。
2、導入幾何圖形(圖1)。
圖 1 螺栓螺紋模型的幾何形狀
對幾何模型進行網(wǎng)格劃分。建議在螺栓和孔洞周圍進行網(wǎng)格加密，以提供足夠的離散精度，準確刻畫幾何形狀。采用線性單元，使總節(jié)點數(shù)低于學術版軟件許可的限制。設置全局網(wǎng)格尺寸為 25 mm，對螺栓和節(jié)點區(qū)域采用局部網(wǎng)格尺寸 10 mm，對孔洞采用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系。軟件會自動在相互鄰近的部件之間設置綁定接觸。將螺栓與孔之間的接觸類型改為無摩擦接觸，其余所有接觸均設置為摩擦接觸，摩擦系數(shù)取 0.2。本案例重點考察梁與柱之間的接觸，并采用摩擦接觸進行計算。螺栓預緊力會在梁與柱之間產生壓力，而摩擦接觸可阻止二者發(fā)生相對滑移（見圖 3）。
圖 3 梁與柱之間的摩擦接觸
4、定義分析設置并施加邊界條件。
設置兩個分析步：
第一步，施加螺栓預緊力；
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。施加螺栓預緊力時需要建立局部坐標系，且z 軸需與螺栓軸線保持一致（見圖 5）。
展開 基于comsol的滑動摩擦發(fā)電
基于comsol的滑動摩擦發(fā)電
?
基于comsol的摩擦發(fā)電動態(tài)仿真 ￥2200
<sup>[7]</sup><img> 在納米能源所，王中林團隊已開發(fā)出旋轉式直流<a href="https://baike.baidu.com/item/%E6%91%A9%E6%93%A6%E5%8F%91%E7%94%B5%E6%9C%BA/13475281" rel="nofollow">摩擦發(fā)電機</a>、<a href="https://baike.baidu.com/item/%E5%88%B9%E8%BD%A6/70507" rel="nofollow">剎車</a>發(fā)電模擬裝置、自驅動無線觸摸報警器、柔性透明摩擦發(fā)電機、碟式寬頻摩擦發(fā)電機、腳踏式摩擦發(fā)電機、<a href="https://baike.baidu.com/item/%E6%BD%AE%E6%B1%90%E8%83%BD/3553519" rel="nofollow">潮汐能</a>收集裝置等摩擦發(fā)電裝置。<sup> [8-9]</sup><img> 摩擦電發(fā)電機的動力源既可以是已被人們認識的風力、水力、海浪等大能源，也可以是人的行走、身體的晃動、手的觸摸、下落的雨滴等從沒被人們注意過的環(huán)境隨機能源，還可以是車輪的轉動、機器的轟鳴等。<sup> [8-9]</sup><img> 將來只要正常走路，安在鞋里的摩擦電發(fā)電機就能隨時為你自己隨身攜帶的手機充電。與工業(yè)大規(guī)模發(fā)電不同，摩擦電發(fā)電機可以讓運動著的每個人都“發(fā)電”，可以讓司空見慣的摩擦、擠壓、墜落等現(xiàn)象都變成發(fā)電的動力源。未來，汽車剎車就能發(fā)電充電；如果把摩擦電發(fā)電機鋪在馬路上，每一輛駛過的汽車都能參與發(fā)電過程。（轉載至百度百科）</p><p><img>本模型制作了摩擦發(fā)電的最基本原理模型，在穩(wěn)態(tài)分析的基礎上，升級為瞬態(tài)動態(tài)分析，并設置了極化方向隨摩擦接觸切換。
展開 
基于COMSOL軟件的摩擦磨損數(shù)值仿真 ￥1000
<p>本案例建立了一簡化軌道和半球體結構，基于<a href="https://www.yqgqt.org.cn/major/comsol" rel="noopener noreferrer" target="_blank">COMSOL軟件</a>仿真了半球體結構在軌道中往復移動過程中，對軌道的摩擦應力以及對軌道的磨損量進行了計算，仿真結果如圖所示：</p><p><img src="https://img.jishulink.com/202205/imgs/deca87c7b6dd4068b89a69ae1a930016.gif" alt="Untitled1.gif"></p><p class="ql-align-center"><strong>軌道摩擦受到的應力動態(tài)分布</strong></p><p><img src="https://img.jishulink.com/202205/imgs/53899b728aff47d1b153b6396e2c1308.gif" alt="Untitled2.gif"></p><p class="ql-align-center"><strong>軌道上凸起結構的磨損量分布</strong></p><p>感興趣的朋友可下載模型源文件，歡迎交流合作</p><p><br></p>
展開 ANSYS接觸摩擦熱分析
ANSYS接觸摩擦熱分析
例子來源于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，與下接觸面摩擦產生熱。分析時采用直接耦合的方法，采用plane13單元，屬于2D耦合場單元，接觸面的目標面采用TARGET169，接觸面采用CONTA171。分析時采用瞬態(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
建模時創(chuàng)建兩個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。
第一個載荷步，sliding block在10MPa的壓力作用下沿著fixed block的上表面滑動3.75mm的距離。滑動過程中產生熱源，并且被兩個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
其他過程為定義材料屬性和建模以及定義接觸屬性。
展開 基于comsol的超聲紅外裂紋摩擦發(fā)熱仿真分析
</p><p><strong>2、驅動損傷區(qū)域摩擦發(fā)熱：</strong>遇到裂紋、分層等損傷時，在超聲波的激勵下介質損傷兩界面間發(fā)生接觸碰撞，質點間的摩擦作用使超聲波產生的機械能轉化為熱能，從而使損傷處及相鄰區(qū)域的溫度明顯升高，</p><p><strong>3、紅外成像，發(fā)現(xiàn)熱區(qū)：</strong>其對應表面溫度場的變化可用紅外熱像儀觀察和記錄。</p><p><br></p><p> 此次采用comsol的固體力學和固體傳熱模塊復現(xiàn) 超聲致裂紋摩擦發(fā)熱基本原理。</p><p> 其中兩個模塊耦合采用的是固體力學的接觸-摩擦以及相應的摩擦耗散熱進行。</p><p><img src="https://img.jishulink.com/upload/202202/d8ea00fe191141a2b3c48429e6dc7a32.gif"></p><p><br></p>
展開 關于摩擦接觸分析
? 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“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.
? 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.
? 當然，接觸面之間的剪切屈服限制了其剪應力的大小.
? 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).
? 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).
展開 使用COMSOL5.5建立脆性材料壓縮摩擦剪切破壞的損傷模型 ￥19.89
使用COMSOL5.5建立脆性材料壓縮摩擦剪切破壞的損傷模型，使用非局部本構模型，包含源程序和論文（非本人所做，僅收取資料查找費）
單軸壓縮實驗
論文截圖
注1：上述所有資料源于本人辛苦收集，這里僅收取部分資料查找費，大家按需下載。
注2：上述所有資料均不答疑，購買后不退不換。
注3：如有侵權，請聯(lián)系本人，將立即下架。
Comsol能量樁換熱and樁土摩擦 ￥100
案例演示Comsol中聯(lián)合體模型溫度場傳遞至裝配體模型設置，配有文字說明。
輪胎-地面滾動摩擦接觸有限元分析
由于充氣輪胎是由簾線、橡膠、鋼絲圈等組成的復雜結構體, 正常工作狀態(tài)下受力復雜, 其結構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雜問題, 使得對輪胎的各種力學性能的精確分析都非常困難。
1、問題描述
地面假設為剛性面，材料為結構鋼，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、技術路線
3、關鍵步驟
來源：CAE技術聯(lián)盟
展開 
有限元分析中的接觸和摩擦模擬（一）
3.1 Coulomb摩擦三定律
法國工程師Amontons于1699年提出了兩條基本的摩擦定律。這兩條定律已為實驗所證實，能適用于大多數(shù)條件，但是也有一些顯著的例外。
第一定律：摩擦力與兩接觸體表觀接觸面積無關。
實際上，任何表面從微觀上幾乎都是粗糙的，實際接觸面積只占表觀接觸面積的很小一部分，摩擦力的大小僅與實際接觸面積有關。
第二定律：摩擦力tT與法向載荷fN成正比。
式中，μ為常數(shù)，即摩擦系數(shù)，必須指出，僅僅對于給定的一對接觸滑動材料和一組給定的周圍條件，摩擦系數(shù)才是常數(shù)。材料不同、周圍條件（溫度、濕度、真空度）不同，摩擦系數(shù)也不同。
此外，Coulomb于1785年提出了第三定律，即動摩擦力幾乎與滑動速度無關。
目前有限元軟件中最通用的切向摩擦本構關系是經典Coulomb摩擦模型，該模型體現(xiàn)了以上三個基本定律。也有研究者提出另外一些模型，能夠考慮界面上微觀的力學現(xiàn)象或者摩擦非局部特性。
3.2 摩擦機理
當兩個表面相互壓緊時，會在接觸區(qū)的某些部分發(fā)生粘著，這是引起摩擦的表面作用的一種形式。如果兩接觸表面產生相對運動，表面的材料微凸體將發(fā)生變形和位移來適應相對運動，這種變形和位移將產生運動阻力，這是引起摩擦的表面作用的另一種形式。
當兩個接觸表面相對運動時，材料微凸體可能發(fā)生彈性變形、塑性變形或者斷裂。塑性變形總是能帶來能量的耗散，在大多數(shù)實際情況下，這種能量損耗占金屬摩擦的大部分。
展開 有限元分析中的接觸和摩擦模擬（四）
連續(xù)二次規(guī)劃法的基本流程如下：
11 摩擦的全局算法
對于摩擦情況，需要區(qū)分粘接和滑動兩種狀態(tài)。粘結狀態(tài)相當于切向位移約束，摩擦力即界面上的約束反力。與此相反，在滑動狀態(tài)下，摩擦力需要根據(jù)界面上的切向滑移本構關系確定。
11.1 罰函數(shù)法
罰函數(shù)法構建的摩擦接觸問題的求解方程可表示如下，
其中，tT(u)為摩擦力矢量。在tn+1時刻，粘結或滑動狀態(tài)的摩擦力由下式給出
式中，aT為相對滑動速度的方向矢量。
根據(jù)以上列式，可以建立求解摩擦接觸問題的算法。對于總體求結果中的一個載荷增量步，罰函數(shù)法的算法流程可概括如下。
以上處理摩擦的流程也可用于拉氏乘子法接觸求解。
展開 Comsol基于摩擦發(fā)電原理的自供電運動傳感器仿真 ￥1800
image_process=/format,webp/resize,w_219" alt="基于comsol的鋰電池疊片電化學耦合熱分析的圖1" width="219"></span></p><p><br></p><p> <img src="https://img.jishulink.com/upload/202012/03b6f11d1d224b0e917dfb3107ee9959.gif"> </p><p> 之前在NANO有一篇論文，描述了自供電運動傳感器仿真，采用了摩擦發(fā)電的原理：</p><p><span style="color: rgb(102, 102, 102); background-color: transparent;">摩擦納米發(fā)電機因其制備簡單,瞬時功率大,成本低等優(yōu)勢,在環(huán)境能量采集和自供電傳感器設計方面具有廣泛的應用前景.為了激發(fā)學生對這一前沿領域的興趣和科研熱情,拓寬學生的知識面,該文設計了基于摩擦發(fā)電的高靈敏度自供電加速度傳感器.通過選取摩擦靜電序列差異較大的摩擦副材料,提高傳感器的輸出性能.金屬質量塊置于摩擦副的上表面,通過響應環(huán)境振動信號來驅動摩擦層進行接觸分離運動,使傳感器輸出與振動信號振幅對應的電信號.實驗結果表明,所研制的傳感器無需外界電源供電,其輸出靈敏度高達20.4 V/(m·s~(–2)),可廣泛用于實驗室物品掉落,傾倒,人體摔倒等振動信號檢測.相關教學實驗提高了學生的科研素養(yǎng),創(chuàng)新思維和工程實踐能力.
展開 ansys中定義面面之間的無摩擦接觸
定義中間實體，兩邊夾著實體 兩個面的無摩擦接觸，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
