COMSOL接觸模擬
關注創建者：王靖雯 創建時間：2023-04-12
COMSOL接觸模擬的視頻教程
COMSOL接觸模擬的實例教程
COMSOL Multiphysics? 中結構力學接觸建模功能可以幫助模擬那些相互接觸后就粘在一起的物體（粘附），以及受力后分開的物體（剝離），同時還包括全內聚力的模擬。讓我們一起學習如何使用 COMSOL Multiphysics 來處理上述情況。
使物體相互粘結：如何模擬粘附
當對分離的固體施加壓縮力，將其緊壓在一起時，邊界上的機械接觸會使固體產生形變，以使接觸邊界互相契合。而如果用拉力將域分開，接觸便會隨即消失。這一效應可使用 COMSOL Multiphysics 中傳統的接觸建模進行模擬。如果物體沒有分離，而是保持粘結狀態，說明它們可維持拉伸力或粘附力。
事實表明，在模擬與接觸和粘附現象有關的力時，我們需要格外注意切向上的力。當物體接觸時，可能出現三種“相切狀態”：無摩擦滑動、有摩擦滑動和摩擦粘著。除此之外還有其他的復雜因素，在許多接觸過程中，只有滿足某些物理條件時，兩個邊界才會開始粘著。例如，某種粘附材料只有在超過特定溫度的環境中進行加工處理，才能有效發揮粘附作用。不過，借助 COMSOL “結構力學模塊”中的粘附與剝離功能，便能實現對上述所有現象的準確表征。
現在我們來探討由膠水（真實的膠水或者具有相似功能的物質）粘結起來的兩個固體零件。COMSOL Multiphysics 中的“粘附”節點是連接兩個邊界的關鍵，您可以在“模型開發器”模型樹中的“接觸”節點下找到這個子節點。
想要在接觸建模中使用“粘附”子節點，必須先勾選“罰函數”選項。罰函數的作用可被視為使用了一個剛性的單向彈簧對來模擬接觸。當兩個邊界相互擠壓時，它們之間會形成一個虛擬的彈性薄層。在激活“粘附”模式后，彈簧切換為雙向，并具有了切向剛度。如果兩個邊界之間存在真正的粘附層，您可以參考真實的材料數據來確定剛度。
展開 在 COMSOL Multiphysics? 中對接觸疲勞進行建模
我們可以用兩種方法在 COMSOL Multiphysics 中建立接觸疲勞模型。一種方法是在兩個物體的界面上創建一個接觸對。必須對兩個物體都進行建模，并且必須沿著兩個接觸界面應用精細的網格。這種類型的接觸模擬往往計算量很大。
模擬接觸疲勞的另一種方法是使用與赫茲有關的經典解，用于兩個具有彎曲表面的彈性體之間的接觸，這在接觸力學的研究中有所描述。接觸中的一個物體被接觸壓力的分析解所取代，該壓力在另一個物體的表面上被指定。我們可以通過以下方式來實現。
在參數節點中指定接觸特性，如最大壓力和接觸軸，作為參數。
在變量節點中，將表面上某一特定位置的接觸壓力表示為變量
將接觸壓力指定為另一物體表面的邊界載荷
這樣做以后，我們就不需要對其中一個物體進行建模，這就減小了模型的大小。由于對所產生的應力狀態的準確解析需要一個精細的網格，任何減小模型大小的技術在接觸疲勞建模中都很重要。
為接觸物體的接觸壓力指定一個分析解的設置。
第二種技術是 COMSOL 疲勞模塊的案例庫中的兩個教程模型中所采用的：長期接觸疲勞和線性導軌中的滾動接觸疲勞。在第一個例子中，一個球形壓頭在被測材料上被反復壓緊和釋放。在第二個例子中，一個球形滾動元件沿著一個滾道槽移動。
兩個模型中的特征幾何長度都是幾毫米，這相當于球形物體的接觸半徑。接觸區的特征長度約為該測量值的十分之一。在長期接觸疲勞的例子中，壓頭的半徑為 7 mm ，接觸半徑為 260 μm。對于滾動接觸疲勞示例，滾動元件的半徑是 2 mm，兩個接觸橢圓軸分別是 161 μm 和 36 μm 。
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2 abaqus2020-三維-顯示分析-單元刪除法模擬裂紋，僅采用接觸對接觸時，模型中出現少許穿透，結果相對合理，但不是最理想狀態！
3 abaqus2020-三維-顯示分析-單元刪除法模擬裂紋，同時采用通用接觸+接觸對接觸時，模型中無明顯穿透，結果合理！
解決瞬態接觸問題中的粘滑摩擦轉換
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來源：COMSOL
巖體裂隙滲流，考慮裂隙接觸（滲透率低）和非接觸（滲透率高）的影響，利用地質統計建模，反映裂隙表面的非均質性質，研究裂隙面可能存在的優勢通道。
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