接觸力學分析的案例
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
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《預應力結構錨固-接觸力學與工程應用》
前言
上篇 錨固－接觸的理論與分析方法
第1章 工程結構中的錨固－接觸問題
1.1 預應力鋼筋混凝土結構
1.2 預應力混凝土錨具
1.3 錨固－接觸力學的應用背景
1.4 預應力巖土錨固中的接觸問題
1.5 本書的閱讀指導
第2章 彈性錨固－接觸的力學分析
2.1 Boussinesq問題
2.2 赫茲接觸問題
2.3 剛性平沖頭的壓入
2.4 彈性基礎接觸模型
2.5 巖土錨固中的接觸力學模型
2.6 小結
第3章 強度失效判據與塑性力學基礎
3.1 經典屈服準則回顧
3.2 塑性力學基礎
3.3 小結
第4章 錨固－接觸的非線性有限元
4.1 引言
4.2 接觸界面方程
4.3 摩擦模型
4.4 弱形式
4.5 有限元離散
4.6 錨固－接觸的顯式方法
第5章 錨固－接觸的有限元算例
5.1 ABAQUS接觸功能概述
5.2 定義接觸面
5.3 接觸面間的相互作用
5.4 在ABAQUS/Standard中定義接觸
5.5 剛性表面的模擬問題
5.6 ABAQUS/Standard例題：凹槽成型
5.7 在ABAQUS/Explicit中定義接觸
5.8 在/Explicit建模中需要考慮的問題
5.9 ABAQUS/Explicit例題：電路板跌落試驗
5.10 ABAQUS/Standard和ABAQUS/Explicit的比較
5.11 小結
下篇 工程分析與應用
第6章 預應力混凝土錨具模型分析
6.1 錨固單元理論分析
6.2 錨固單元有限元分析
6.3 錨環有限元計算
6.4 小結
第7章 混凝土錨具下結構應力分析
7.1 錨下結構的理論分析
7.2 錨下結構的有限元分析
7.3 錨下結構的工程實例
第8章 錨具組件靜/動載試驗
8.1 試驗概述
8.2 錨具組件靜載試驗
8.3 錨具組件動載試驗
8.4 載荷傳遞試驗
第9章 預應力混凝土錨固工程設計實例
展開 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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展開 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
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接觸力學徐秉業譯下載
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 ANSYS-球軸承-接觸力學
一、前言
本案例使用ANSYS建立軸與軸承的過盈裝配模型，對軸與軸承的過盈裝配接觸問題進行有限元分析，得出內圈與軸過盈配合時應力的分布情況和內圈與滾子之間接觸應力的分布情況,以校驗軸承設計參數是否合理，并得到合適的裝配力。滾動軸承是一種通用性很強、標準化的機械基礎零件,它是影響旋轉機械動力學特性的重要因素。由于滾動軸承使用維護方便，工作可靠，起動性能好，在中等速度下承載能力較高，廣泛應用于各種場合。滾動軸承通常由內圈、外圈、滾動體組成。內圈緊套在軸頸上并與軸一起旋轉，外圈裝在軸承座孔中。在內圈的外周和外圈的內周上均制有滾道。當內外圈相對轉動時，滾動體即在內外圈的滾道上滾動，它們由保持架隔開，避免相互摩擦。滾動軸承是靠滾動體的轉動來支撐轉動軸的，因而接觸部位是一個點，滾動體越多，接觸點就越多；滾動軸承是各類機械傳動系統中最重要的部件之一,也是較易損壞的部件。實踐表明,大量機械設備中傳動系統的失效在很大比例上是由于滾動軸承受力變化引起的；在滾動軸承的設計與應用分析中,經常會遇到軸承的承載能力、預期壽命、變形與剛度等問題,這些問題都與軸承的受力和應力分布狀態密切相關。研究表明,軸承的壽命約與應力的7~9次方成反比，,因此對滾動軸承的內外圈和滾動體進行應力分析具有十分重要的意義。本文采用ANSYS有限元分析軟件建立滾動軸承的有限元模型并加載求解,進行應力場分析,得出應力場分布。滾動軸承是標準機械零件,同一系列的軸承結構形式完全一樣,其主要參數固定,只是內部設計參數不同,因此采用參數化設計即可實現同一系列軸承的建模。
基于軸承力學分析的理論和原則，簡單介紹了模型與單體接觸的hertz理論，并以滾動軸承為例，詳細分析了軸承的接觸應力、變形、載荷分布情況。一步步建立了有限元模型，采用接觸問題的拉格朗日乘子法，得到了比較直觀的接觸變形以及應力分析圖。
展開 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
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
展開 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)
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
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
【接觸分析】詳述ABAQUS接觸分析（2/2）
束縛約束的公式約束了平移自由度和可選擇的轉動自由度，當應用束縛接觸于結構單元時，必須保證任何沒有約束的轉動不會帶來問題。
7.4 初始過盈接觸
為了消除任何初始的過盈，ABAQUS/Explicit將
自動調整在接觸表面上未變形的節點坐標。當應用平衡主從算法時，兩個表面均被調整；當應用單純主從算法時，僅調整從屬表面。為了消除過盈接觸，與調整表面相關的位移不會對在分析的第1個分析步中定義的接觸引起任何的初始應變或應力。
當存在
矛盾的約束時，重新定位節點可能不會完全地解決初始過盈。這種情況下，當采用接觸對算法時，在分析剛開始階段可能會導致網格的嚴重扭曲。通用接觸算法存儲了任何無法消除的初始侵徹，將其作為偏置量以避免過大的初始加速度。
在隨后的分析步中，為了消除初始過盈而進行的任何節點調整都將引起應變，并常常引起網格的嚴重扭曲，因為整體的節點調整發生在一個單一、非常短暫的增量步內。當采用
動力學接觸方法時，這個問題更為明顯，即便是一個非常小的過盈量，都可能引起極大的加速度。通常，在分析步2以及后續的分析步中，所定義的任何新的接觸表面都不能有過盈，這一點非常重要。
八、ABAQUS/Standard和ABAQUS/Explicit的比較
在ABAQUS/Standard和ABAQUS/Explicit中的力學接觸算法具有本質區別，體現在如何定義接觸條件，主要區別如下：
· ABAQUS/Standard在施加接觸約束時應用
嚴格的主從權重，約束從屬表面的節點不能侵入主控表面，而主控表面上的節點原則上可以侵入從屬表面。ABAQUS/Explicit包括這個公式，但是典型地它默認應用
平衡主從權重。
展開 【接觸分析】詳述ABAQUS接觸分析（1/2）
四、在ABAQUS/Standard中定義接觸
在ABAQUS/Standard中定義接觸的 步驟：創建表面——創建接觸相互作用，使兩個可能發生互相接觸的表面成對——定義控制發生接觸表面行為的力學性能模型
4.1 接觸相互作用
每個接觸相互作用必須賦予一種 接觸屬性，在接觸屬性中，包含了 本構關系，如摩擦和接觸壓力與空隙的關系。
當定義接觸相互作用時，必須確定相對滑動的量級是小滑動還是有限滑動，默認的是更為普遍的 有限滑動公式。如果兩個表面之間的相對運動小于一個單元面上特征長度的一個小的比值，那么應用小滑動公式是合適的。在許可的條件下，使用小滑動公式可以提高分析的效率。
4.2 從屬和主控表面
ABAQUS/Standard使用單純主-從接觸算法：在從屬面上的節點不能侵入主控面的某一部分。該算法沒有對主面做任何限制，主面可以在從面的節點之間侵入從面。
· 從面應該是網格劃分更精細的表面
· 如果網格密度相近，從面應該取自采用較軟材料的表面
4.3 小滑動與有限滑動
當應用 小滑動公式時，ABAQUS/Standard在模擬開始時就建立了從面節點與主控表面之間的關系，確定了在主控表面上哪一段將與在從面上的每個節點發生相互作用。在整個分析過程中，都將保持這些關系，絕不會改變主面部分與從面節點的相互作用關系。如果在模型中包括了幾何非線性，小滑動算法將考慮主面的任何轉動和變形，并更新接觸力傳遞的路徑。如果在模型中沒有考慮幾何非線性，則忽略主面的任何轉動和變形，載荷的路徑保持不變。
有限滑動接觸公式要求ABAQUS/Standard經常地確定與從面的每個節點發生接觸的主面區域。這是一個相當復雜的計算，尤其是當兩個接觸物體都是變形體時。在這種模擬中的結構可以是二維的或者三維的。
展開 #批量cohesive+顯示分析+通用接觸分析沖擊時未接觸就有力了？？
<p>當分析接觸問題時遇到了奇怪的問題，子彈沒有與基體接觸時基體上就有接觸力了，特別是cohesive的力比較大，而基體的力比較小。</p><p>嘗試分析原因：去掉通用接觸后就不會出現這個問題了</p><p>但是，做沖擊分析我們必須設置通用接觸，現在知道是通用接觸導致出現子彈沒接觸基體就出現了應力的問題，但是嘗試修改接觸屬性等參數，目前還是沒有解決這個問題，如果有遇到這類問題的，找到解決辦法的，歡迎一起討論，附上cae文件（本源文件來自星辰北極星，只為尋找解決通用接觸的方法）</p><p><br></p><p>暫時解決辦法：</p><p>解決方法1，建立兩個分析步，沖頭達到基體前建立一個分析步，不設置通用接觸，沖頭接觸基體后建立一個分析步，設置通用接觸，這必須計算好第一步的運行時間，其實第一步沒什么實際意義，只是模擬了飛行過程而已。</p><p><br></p><p>解決方法2，建立一個分析步，建模時候直接讓沖頭與基體接觸，只分析接觸以后的響應過程。
展開 ：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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