1-12接触分析3-接触摩擦

接触摩擦,1、摩擦概述,两个接触体的切向滑动可能是无摩擦的，但也可能需要考虑摩擦.无摩擦时两物体相对滑动而没有任何阻力.存在摩擦时，两物体间会产生剪应力.,1、摩擦概述,摩擦消耗能量,因此是与路径相关的行为.载荷的加载方式应该和实际情况相同.时间步越小越精确.注意，和塑性分析不同，自动时间步长不考虑摩擦响应的增加.,精确的时间步,真实路径,较粗糙的时间步,A,B,1、摩擦概述,摩擦是一种复杂的物理现象，它是以下参数的函数:接触材料(包括润滑剂).表面粗糙度.温度.摩擦物体间的相对速度.摩擦中包括的复杂原理只能在数值上取得近似解.实际上，即使在一个十分简单的摩擦力试验中施加固定的压力，其位移力响应曲线也十分的不规则:,F,u,2、库伦摩擦,在ANSYS中,使用Coulomb模型施加摩擦力,并考虑了剪切摩擦力和粘合力效应.Coulomb法则要满足如下关系式:其中m为摩擦系数.如果FT超出的话,两个物体会产生相对滑动.,2、库伦摩擦,弹性Coulomb模型:允许粘合和滑移两物体都存在反向剪切力（TAU）粘合条件:FtmFn或TAUTAUMAX；其中:TAU为剪应力TAUMAX缺省值为1e20,2、库伦摩擦,弹性Coulomb模型:允许粘合和滑移一些单元使用实常数来定义TAUMAX.,|,p,TAUMAX,TAUMAX上限值为:,y是接触处材料的vonMises屈服应力.TAUMAX最好使用经验值.,2、库伦摩擦,弹性Coulomb模型:允许粘合和滑移粘合区域被视作弹性处理，切向刚度为KT切向刚度和法向刚度类似：刚度越大精度越高,刚度越小则越容易收敛.用户可指定KT的值，或使用程序指定的值（KT1%KN).,FT,u,KT,mFN,2、库伦摩擦,刚性Coulomb模型:接触无“粘合”该模型仅适合模型在某固定方向连续滑动时.例如使用研磨轮对部件进行成型加工时.u=0处的不连续等效于无穷大的刚度值.如果滑动停止或方向改变，则会出现收敛困难.,仅允许滑动摩擦.,FT,u,mFN,2、库伦摩擦,在Coulomb模型中，随着法向压力的增大，传递的最大剪应力也随之增大.,u,p1,p2,压力增大使得滑移力也增大,2、库伦摩擦,当然，接触面之间的剪切屈服限制了其剪应力的大小.,橡胶的剪切屈服使出现打滑并且这也限制了轮胎和道路之间可以传递的摩擦力.,2、库伦摩擦,在某些情况下，接触表面粘合在一起，即使没有法向压力的作用也能提供滑移阻力.ANSYS中的一些单元能够模拟这种现象（使用粘合力COHE).,|,p,TAUMAX,COHE,3、库伦系数,摩擦系数:对于所有的ANSYS接触单元,摩擦系数m通过材料属性MU来指定.（缺省时m=0）滑动时的摩擦系数m比静止时的小.滑动时:动摩擦系数.静止时:静摩擦系数.面面单元(171-174)和点面单元(175)可以指定一个和表面滑动速度相关的动摩擦系数.,3、库伦系数,定义摩擦系数的方程如下:其中:MU=动摩擦系数(用户定义)FACT=MUS/MU(静态摩擦系数与动摩擦系数之比)MUS=静摩擦系数DC=衰减系数(用户定义)Vrel=表面间滑动的相对速度缺省值:FACT=1,MUS=MUK=0DC=0,3、摩擦系数,动摩擦系数和表面速度相关，这使得静动态之间平滑过度,4、定义库伦摩擦参数,动摩擦系数MU,RMODIF,CID,9,200E6!最大摩擦应力TAUMAXRMODIF,CID,13,100E5!摩擦粘结应力COHERMODIF,CID,21,1.2!静动态摩擦系数之比FACTRMODIF,CID,22,1.2!摩擦衰减系数DC,5、特殊的考虑,考虑摩擦的接触问题会倒置不对称的刚度矩阵.例如一个二维间隙单元滑动时有如下的非对称单元矩阵:然而，使用非对称求解器比对称求解器更加费时.因此，ANSYS使用对称化算法，这样可使得包括摩擦的接触问题也使用对称矩阵进行求解,5、特殊的考虑,如果收敛较慢的话，可使用非对称选项(NROPT,UNSYM)在这种情况下可使用稀疏矩阵求解器（推荐）或者波前求解器，两者都支持非对称矩阵用户应该牢记：使用非对称求解器进行求解的时间比对称求解器用的时间要多的多PCG求解器不支持非对称矩阵,5、特殊的考虑,当使用点面接触单元(175)进行有摩擦的接触分析时,接触法向的定义尤其重要.,接触单元,r,s,n,r,s,n,目标单元,KEYOPT(4