摩擦的案例
綁定、無摩擦與摩擦接觸的對比分析
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：
對梁柱節點建模，考慮梁與柱之間的摩擦接觸
1、打開Ansys Workbench，創建一個"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
對幾何模型進行網格劃分。建議在螺栓和孔洞周圍進行網格加密，以提供足夠的離散精度，準確刻畫幾何形狀。采用線性單元，使總節點數低于學術版軟件許可的限制。設置全局網格尺寸為 25 mm，對螺栓和節點區域采用局部網格尺寸 10 mm，對孔洞采用5 mm 的網格尺寸。網格劃分后的模型示意圖如圖 2 所示。
圖 2 網格模型的示意圖
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 南京理工《Scripta Mater》：揭示高摩擦載荷下銅-WC摩擦氧化機制！
，一個有趣的現象是滑動摩擦將顯著的結構變化和化學改性引入材料的近表面區域，它們的“摩擦層”將顯著改變摩擦學性能，摩擦磨損的減少在很大程度上與現有文獻中接觸金屬表面時形成的納米結構摩擦層有關。
滾動軸承摩擦轉矩的計算
滾動軸承摩擦轉矩的計算
滾動軸承內部是通過滾動體在滾道內的滾動實現減小摩擦保證機械設備良好、穩定，精確運轉的零件。滾動軸承運轉的時候也會存在一定的摩擦，這些摩擦所產生的能量最終以熱量的方式散發出去，是軸承自身發熱的來源。因此，在計算軸承溫度的時候，除了考慮外界熱源的熱量傳遞，也要考慮軸承自身轉動的發熱。本文對滾動軸承摩擦轉矩的計算做一個介紹，給出簡化算法。在軸承摩擦轉矩計算完成之后，就可以計算軸承運轉過程中的熱量，從而得到軸承的計算溫度。
滾動軸承最基本的組成部分包括軸承外圈、軸承內圈、軸承滾動體和保持架。滾動軸承的滾動是在滾動體和滾道接觸表面發生的，這個滾動摩擦是滾動軸承區別于滑動軸承的最重要因素。
滾動軸承在運轉的時候，由于內部各個零部件存在相對的運動和摩擦，因此也有一定的摩擦轉矩。事實上，滾動軸承內部的摩擦不僅僅是上述的滾動體和滾道之間的滾動摩擦，還有其他的組成部分。這些組成部分共同構成滾動軸承的摩擦學模型。相對準確的滾動軸承摩擦計算就是基于這個滾動軸承摩擦學模型進行的。
關于滾動軸承的摩擦，在2003年瑞典軸承公司SKF提出了摩擦學模型，并發布在自己的軸承型錄之中。
在這個滾動軸承摩擦模型總體是這樣的：
M=Mrr+Msl+Mdrag+Mseal
在上述的模型中：
M ：滾動軸承的總摩擦轉矩。
Mrr：滾動軸承在運轉時候的滾動摩擦部分。主要是指滾動體和滾道之間的滾動摩擦。
展開 【科研分享】鋼摩擦片的可行性及磨損研究
粘附磨損如圖3所示：
圖3 粘附磨損示意圖
粘附磨損表示一個摩擦面的表面一部分由于原子間的相互吸引粘附到另一個摩擦擦面上，這常見于較軟摩擦面中弱約束區域。但是粘附摩擦力和粘附磨損沒有直接的關系，即：較大的粘附摩擦力也可能具有較小的粘附磨損，反之亦然。粘附磨損的公式為V=KNd/H. V 為磨損的體積，K為磨損系數，d為累積滑移位移，H為較軟摩擦表面的硬度。K值對于不同材料組成的摩擦系統取值較小，而對于相似的材料取值較大。這就解釋了盡管表面硬度近似相同的半硬盒黃銅與低碳鋼摩擦的磨損要比低碳鋼與低碳鋼的摩擦帶來的磨損小的多。
除了粘附磨損外，還有就是磨粒磨損。如下圖所示：
圖4 磨粒磨損
磨粒磨損是由于犁溝效應引起，即犁溝效應產生的小硬顆粒在兩摩擦面之間滑動,進而加速磨損。
文章所進行試驗的摩擦試件均由鋼材組成，摩擦系統構成如圖5所示：
圖5測試的摩擦系統
且不同等級的鋼材摩擦片可假定具有相似的兼容性。因此，當摩擦面開始滑移時，由于摩擦面表面存在氧化物，所以有效接觸面積較小，因此粘附摩擦力較小。隨著摩擦的進行，摩擦表面的氧化物剝落，摩擦表面的有效接觸面積大大提高，進而粘附摩擦力也大為提高，并進入了穩定的摩擦階段，且此階段的摩擦特征取決于摩擦片材料的力學特征和隨后的磨損機制。盡管不同等級鋼材存在不同的晶體構造和合金元素可能影響摩擦材料的兼容性，但這些影響被證實是微小的。
對于不同等級鋼材制作的摩擦片,一個顯著不同是材料的硬度，這可能會對改善摩擦性能有積極作用。在摩擦學應用中，兩摩擦面材料應選擇不同表面硬度的材料制作。這樣的組合可以較好地改善摩擦的性能。學者指出，較硬的摩擦更加耐磨，可以降低摩擦表面的粘附磨損。
展開 
通過流體分析驗證低摩擦力矩密封圈
圖3 試驗設備示意圖
油壓與摩擦力矩的關系如圖4所示。將測得的2個密封圈的摩擦力矩除以2得到1個密封圈的摩擦力矩。帶V形潤滑槽密封圈的摩擦力矩比無潤滑槽密封圈(NTN的常規產品)的低60%~70%，比帶方形潤滑槽密封圈的低20%。
2.2.2 流體分析結果
摩擦力矩降低的原因被認為是V形潤滑槽的應用減小了密封圈與軸槽側壁的接觸面積，改善了滑動表面的潤滑。2種形狀潤滑槽摩擦力矩的差異歸因于潤滑條件的不同。流體分析證實了這點。
1個潤滑槽流體區域模型的分析結果如圖5所示。采用V形潤滑槽時，由于流體動力效應，潤滑槽一端的油膜壓力高。油膜壓力產生的軸向力與通過油壓將密封圈壓在軸槽側壁上的力方向相反，因此可減小油壓。還假設由于壓力差，油從潤滑槽端部流到潤滑槽之間的滑動表面，有助于降低摩擦力矩。另一方面，在V形潤滑槽中觀察到的高油膜壓力在方形潤滑槽中觀察不到。
圖4 油壓與摩擦力矩的關系
圖5 滑動表面的油膜壓力分布
3、通過優化V形潤滑槽降低摩擦力矩的驗證
3.1 流體分析條件
摩擦力矩測量結果和滑動表面的油膜壓力分布顯示，出現在V形潤滑槽端部的力與由于油膜壓力(油膜反作用力)導致摩擦力矩降低的力方向相反。油膜反作用力越大，摩擦力矩越低。因此，可認為V形潤滑槽數量越多，寬度越寬，油膜反作用力越大。流體分析證實了這點。
展開 摩擦看似簡單，機理至今是謎
和大多數人想象的不同，摩擦力的機理至今為止沒有一個足夠好的理論來解釋，雖然存在大量的不同摩擦理論，但是都存在不同程度的問題。不過這不影響工業界使用一些近似的理論進行工程上的開發，但是在科學上，就我目前所了解到的情況來看，這應該還是一個待解決的問題。
對于宏觀的，具有屈服強度的非粘性材料（通常就是金屬），在界面上沒有介質影響的情況下的摩擦（干摩擦）在實驗上大致的有這么幾條規律，其中有三條是我們在高中學過的：
靜摩擦系數大于動摩擦系數
摩擦系數與接觸面積無關
摩擦力大小與滑動速度無關
還有我們沒見過的三條：
靜止接觸時間越長，靜摩擦系數越大
滑動摩擦不是連續發生而且存在躍動
靜摩擦存在一個預位移（發生靜摩擦時會產生一個微小的位移）
這其中，第三條我們在日常生活中是無法觀察到的，第一條很少能直觀的觀察到（因為生活中很少有滿足要求的金屬物品），而第二條則很常見：用一支粉筆，把底面磨平，在一個光滑表面直立摩擦，就能聽見響亮的嘯叫，這就和躍動有關；又比如汽車剎車的時候，也能聽見來自摩擦躍動的嘯叫。
前面也提到了，為了解釋摩擦現象，存在著大量的摩擦理論，我們這里只簡要介紹同以上六條實驗規律相關的幾種常見的摩擦理論。
首先是機械嚙合理論，這也是一般高中老師會提到的理論，這種理論認為是材料表面的粗糙不平導致了摩擦的存在，具體的說，是由于材料表面凸起與凹陷的耦合，碰撞，以及經常提到的犁溝效應，即材料表面的凸起引起對面表面的凹陷，產生力的作用。
這是最好理解的理論了。然而這個理論的問題當然也是非常多的，最致命的打擊是，根據這個理論，越光滑的表面摩擦系數小，然而兩個極度光滑的金屬表面反而會使摩擦力增加，同樣的，這個理論很難解釋預位移、躍動、還有靜摩擦系數隨時間增加等問題。
展開 汽車同步器摩擦錐面同步過程仿真研究
【摘要】通過多體動力學仿真的方法研究同步器同步過程，對同步器摩擦錐面的在不同初始結合狀態下的工作過程進行了臺架試驗，同時根據同步過程理論模型計算同步時間。根據臺架試驗結果，搭建了同步器摩擦錐面同步過程的動力學仿真模型，并通過仿真結果與試驗數據的對比，證明仿真模型能夠更準確地反映同步過程的真實情況。
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引言
同步器是手動變速器和機械自動變速器中的一個重要部件，其內部包含一對摩擦面，在換檔過程中，摩擦面的摩擦使兩嚙合部分的轉速趨于相同，避免在不同轉速時完成嚙合而產生的沖擊，提高了換檔舒適性，同時延長了變速器的壽命。
通常情況下，在保證換檔可靠及較長壽命的前提下，對同步器設計分析。根據同步原理的數學模型和經驗進行設計，并將兩摩擦錐面間的摩擦因數視作常數，摩擦因數的大小直接決定了同步時間的長短。
本文遵循同步器摩擦錐面原理，建立多剛體運動學模型，對同步過程進行模擬，供同步器同步過程的分析和優化設計參考。
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摩擦錐面多體動力學模型
同步原理簡介
目前常用的同步器是慣性同步器，它主要由接合套、同步環等組成，其特點是依靠摩擦作用實現同步。由于本文僅關注雙錐面同步器同步環摩擦錐面的同步性能，因此對同步器進行簡化，僅將外摩擦換、中間環、內摩擦環和結合齒圈作為研究對象。
當摩擦錐面之間存在轉速差時，由于軸向力的作用，摩擦錐面上產生摩擦力矩，在其作用下結合齒圈轉速迅速降低( 或升高) 到與同步環轉速相等；同時由摩擦錐面上產生與旋轉方向相反的慣性力矩，參見圖1。
展開 關于摩擦接觸分析
? 兩個接觸體的切向滑動可能是無摩擦的，但也可能需要考慮摩擦.
– 無摩擦時兩物體相對滑動而沒有任何阻力.
– 存在摩擦時，兩物體間會產生剪應力.
? 摩擦消耗能量, 因此是與路徑相關的行為.
– 載荷的加載方式應該和實際情況相同.
– 時間步越小越精確.
注意，和塑性分析不同，自動時間步長不考慮摩擦響應的增加.
? 摩擦是一種復雜的物理現象，它是以下參數的函數:
– 接觸材料 (包括潤滑劑).
– 表面粗糙度.
– 溫度.
– 摩擦物體間的相對速度.
? 摩擦中包括的復雜原理只能在數值上取得近似解.
– 實際上，即使在一個十分簡單的摩擦力試驗中施加固定的壓力，其位移－力響應曲線也十分的不規則:
? 在ANSYS中, 使用Coulomb模型施加摩擦力, 并考慮了剪切摩擦力和粘合力效應.
? Coulomb 法則要滿足如下關系式：
– 其中u 為摩擦系數.
? 如果FT 超出的話, 兩個物體會產生相對滑動.
彈性Coulomb 模型: 允許粘合和滑移兩物體都存在反向剪切力（TAU）粘合條件: Ft < m Fn；滑移條件: Ft > m Fn或 TAU >TAUMAX；其中: TAU 為剪應力TAUMAX缺省值為1e20
? 彈性 Coulomb 模型: 允許粘合和滑移
? 一些單元使用實常數來定義TAUMAX.
展開 摩擦模型的建立
金屬切削過程中,由于高應力、高應變率和高溫導致了刀具與切屑之間的摩擦不再是單純的滑動摩擦,其中切屑與前刀面間有部分已經完全粘著,形成切削內部的剪切分離,因此成為了內摩擦,摩擦力成為了常數。由于滑動摩擦與內摩擦的分布、大小不容易確定,所以在本研究中采用了罰函數處理滑動庫倫摩擦方法,并增大了滑動摩擦系數,以此來模擬刀具與切屑之間的摩擦狀態。
有限元模型中的摩擦模型是將刀具一切屑的相互作用，看成是一個變形體(切屑)與一個剛性面(刀具前刀面)之間的相互作用。當任何一個切屑表面上的節點與刀具前刀面之間的距離等于0時，引入一個表面之間的相互作用計算，采用拉格朗日乘式增強運動約束。通過這個約束來防止變形體穿透進入剛性面。接觸面上的正應力通過切屑的變形計算得到。摩擦應力則通過規定的摩擦應力和正應力的關系來計算。
基于關系式(3. 1)的雙參數摩擦模型被用于有限元模型。刀具一切屑接觸面有兩
個不同的摩擦區:滑動摩擦區和粘結摩擦區。滑動摩擦區的摩擦應力與局部正應力
成比例，而粘結摩擦區的摩擦應力則保持常數。
展開 設計仿真 | 基于Marc非線性摩擦模型Hashiguchi評估螺栓松動的方法
■ 采用Hashiguchi非線性摩擦模型，可以模擬漸進的非線性滑移行為和從靜摩擦到較低動態摩擦的平穩過渡；還可以模擬物體在由靜態轉變為動態條件下的摩擦恢復效應。
■ 采用Hashiguchi非線性摩擦模型，可以很好的模擬螺栓在剪切載荷下的自松動過程，幫助客戶預測螺栓自松動。
庫倫及庫倫的干摩擦理論
鋼板沉箱法
庫倫干摩擦理論
進入18世紀的法國，在經濟、軍事、工業等方面有了很大的發展。機器的大量使用，使得機械的效率和耐磨問題成為了一大難道。
為此，巴黎科學院于1781年以“摩擦定律和繩的倔強性”為題，進行了一次有獎競賽，庫侖研究總結了達芬奇和阿蒙頓的實驗和理論之后，又進一步做了大量的實驗。最終以《簡單的機械理論》為題的論文贏得了這次競賽的優勝獎，提出了他的摩擦理論——庫侖摩擦定律。
庫侖摩擦第一定律：摩擦力跟作用在摩擦面上的正壓力成正比，跟外表的接觸面積無關。這實際上就是阿蒙頓定律，也就是現在稱謂的靜摩擦定律和滑動摩擦定律。
庫侖摩擦第二定律：滑動摩擦力和滑動速度大小無關。這一結論，若作為普遍法則是不正確的，實際上滑動摩擦力和滑動速度的關系是相當復雜的。
庫侖摩擦第三定律：最大靜摩擦大于滑動摩擦力，即f 靜＞f 滑。
庫侖二項式定律：這是反映摩擦力和負載之間的關系，即滑動摩擦力f 滑＝μN＋A。
庫侖認為“常數”A跟正壓力的平方根成正比，但它都沒有反映出A的物理意義。這一定律也只適用于干摩擦和邊界摩擦。
庫侖對摩擦的研究，總結了從達芬奇到阿蒙頓的理論，提出了他的庫侖摩擦定律。但是，實際上這些定律只能是經典的經驗公式，對于實際情況也僅僅是近似的、粗淺的描述。
展開 
負游隙對輪轂軸承摩擦力矩的影響
通過大量研究發現，汽車輪轂軸承單元的負游隙對其摩擦力矩存在較大的影響。為了明確輪轂軸承負游隙對其摩擦力矩的具體影響，研究了汽車輪轂軸承摩擦力矩的計算方法，以某型號輪轂軸承為例，建立了輪轂軸承負游隙的接觸理論模型，分析表明負游隙對鋼球與內外圈滾道的接觸載荷存在影響。設計了相關試驗進一步探究負游隙對輪轂軸承摩擦力矩的關系，試驗表明，負游隙對輪轂軸承的摩擦力矩存在較明顯的影響，摩擦力矩的平均差值達到了0.2Nm，且隨著負游隙絕對值的減小，摩擦力矩呈減小的趨勢，這一結論可以為提升輪轂軸承的效率提供參考依據。
1 引言
負游隙是第三代汽車輪轂軸承單元的重要參數之一，負游隙影響著輪轂軸承的載荷分布、振動、噪聲、摩擦力矩及壽命等[1]，其中，摩擦力矩直接影響著輪轂軸承的效率。為了降低摩擦力矩，減小輪轂軸承的功率損失，進而提升汽車傳動系統的效率，對輪轂軸承負游隙的研究就顯得尤為重要。雖然對輪轂軸承負游隙作出了很多研究，但對負游隙如何影響摩擦力矩方面的研究卻較少，因此主要針對某前置前驅車型第三代輪轂軸承，研究負游隙對其摩擦力矩的影響。
展開 技術 | 攪拌摩擦焊接標準的分析研究
攪拌摩擦焊接方法與弧焊存在本質不同，隨著在軌道車輛中的應用日益廣泛，迫切需要建立軌道車輛攪拌摩擦焊接制造技術的行業標準，以指導攪拌摩擦焊接設計，規范攪拌摩擦焊接生產，保證焊接質量。但是，目前針對軌道車輛行業的攪拌摩擦焊技術標準還沒有制定，因此需要根據軌道車輛行業實際情況，系統分析現有攪拌摩擦焊接標準的優缺點，制定適合我國實際軌道車輛鋁合金焊接生產的攪拌摩擦焊技術行業標準，為該技術在軌道車輛生產中的應用和推廣提供依據。
1 攪拌摩擦焊接標準
國外對于攪拌摩擦焊接標準的研究已經開展了大量的工作，但受攪拌摩擦焊技術軍工應用背景及保持本企業攪拌摩擦焊技術領先地位等因素的影響，國外制定的有關攪拌摩擦焊標準方面的資料大都未公開報道。在國內，航空、航天等單位相繼開展了攪拌摩擦焊研究工作，實現了攪拌摩擦焊接技術在航空航天等制造領域的工程應用。
航天科技集團公司一院211廠在前期研究的基礎上，結合航天系統兄弟單位的應用經驗，編制了國內首份攪拌摩擦焊航天行業標準《鋁合金攪拌摩擦焊技術要求》，為攪拌摩擦焊接技術在航天領域的工程應用奠定了基礎。目前公開的攪拌摩擦焊標準有國際標準ISO252392011鋁的攪拌摩擦焊和美國的AWSD17.3:2010航空航天鋁合金攪拌摩擦焊技術規范。
國內公開的標準有航天行業標準QJ20043-2011鋁合金中厚板攪拌摩擦焊技術要求;QJ20044-2011鋁合金攪拌摩擦焊工藝規范;QJ20045.2011鋁合金攪拌摩擦焊接超聲波相控陣檢查方法;QJ20046-2011鋁合金摩擦塞補焊技術要求;QJ20047-2011鋁合金摩擦塞補焊工藝規范。
2 攪拌摩擦焊標準分析對比
2.1 適用范圍
雖然標準都是關于鋁合金的攪拌摩擦焊接，但對于鋁合金的種類及焊接工藝選擇有具體規定。
展開 攪拌摩擦焊的數值模擬資料
一些學習資料與大家共享
攪拌摩擦焊的發展現狀及存在的問題.pdf
攪拌摩擦焊工藝參數對LY12鋁合金焊縫金屬流動形態的影響.pdf
攪拌摩擦焊過程接觸熔化物理模型與分析.pdf
攪拌摩擦焊焊縫橫截面塑性材料遷移行為分析.pdf
攪拌摩擦焊焊接溫度數值模型及其影響因素.pdf
攪拌摩擦焊攪拌區動態再結晶的數值模擬.pdf
攪拌摩擦焊熱源數值模型.pdf
攪拌摩擦焊數值模擬的現狀.pdf
攪拌摩擦焊中動態再結晶及硬度分布的數值模擬.pdf
攪拌摩擦焊中熱過程數值模擬分析_.pdf
鋁合金攪拌摩擦焊三維模擬流場厚度方向流動狀況分析.pdf
鋁合金攪拌摩擦焊溫度場的數值模擬.pdf
鋁合金三層板結構攪拌摩擦焊_超塑成形的數值模擬及工藝研究_.pdf
異種鋁合金攪拌摩擦焊塑性流場的實驗研究.pdf
紫銅攪拌摩擦焊的溫度場測試及數值模擬.pdf
展開 物理模擬技術---基底摩擦模型的歷史回顧(Base Friction Model)
PhD thesis, University of Toronto] 在此基礎上使用DDA-FEM, UDEC, Phase進行了數值分析，并與Hittinger的基底摩擦模型試驗結果作了比較。
3.2 地下開挖
Goricki (1999)進行了大量的基底摩擦模型試驗，用來研究連續和平行節理對地下開挖的影響。下圖所示的是在水平節理巖體中開挖的破壞順序，破壞開始于頂部，然后向上逐層傳播，直至達到一個具有足夠強度特性的層為止。
在水平節理化巖體中開挖的基底摩擦模型
下圖所示的是相應的數值模型，節理傾角為0與節理傾角為30°開挖圍巖破壞的情況。
