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有限元分析中的接觸和摩擦模擬（一）

2018-09-06 21:49:31·  來源：模態(tài)空間  作者：北汽新能源王朋波  
　
其中pe是考慮到堅(jiān)硬微凸體在較軟的表面上“犁溝”所需的力而引入的附加項(xiàng)。此理論可以解釋兩條摩擦定律：摩擦力與表觀接觸面積無關(guān)；摩擦力與載荷成正比。

實(shí)驗(yàn)表明，對(duì)于高真空中的潔凈金屬表面，可能獲得很大的摩擦力，表明實(shí)際接觸表面比簡(jiǎn)單粘著理論所指出的要高得多。在簡(jiǎn)單粘著理論中，認(rèn)為A決定于屈服壓力p0和法向載荷fN。對(duì)于靜態(tài)接觸，這大致是正確的。但是在摩擦的情況下，還作用有切向力，屈服取決于正應(yīng)力和剪應(yīng)力的復(fù)合作用。所以Bowden和Tabor進(jìn)一步考慮了復(fù)合應(yīng)力對(duì)微凸體接點(diǎn)實(shí)際接觸面積的影響，提出了修正的粘著摩擦理論：

fN/p0為僅考慮法向載荷影響而得出的接觸面積，而α(tT/p0)2表示由剪力或摩擦力產(chǎn)生的增量。

Green則提出微凸體塑性相互作用理論，后來由Edwards和Halling加以推廣，他們考慮了相對(duì)滑動(dòng)時(shí)微凸體上法向應(yīng)力和切向應(yīng)力隨時(shí)間的變化，將摩擦系數(shù)定義為所有接觸微凸體的瞬時(shí)剪力之和除以所有接觸微凸體的瞬時(shí)法向應(yīng)力之和。

微凸體相互作用理論與粘著理論并無原則性矛盾，事實(shí)上它們能夠得出相同的摩擦系數(shù)表達(dá)式。微凸體相互作用理論更加完善，可進(jìn)一步推廣從而適用于具有實(shí)際微凸體高度分布并考慮加工硬化的表面摩擦。粘著理論的物理現(xiàn)實(shí)性稍差，但是它能夠在各種條件下得到正確的摩擦系數(shù)值，且在分析上遠(yuǎn)比微凸體相互作用理論簡(jiǎn)單。

作者簡(jiǎn)介
王朋波，清華大學(xué)力學(xué)博士，汽車結(jié)構(gòu)CAE分析專家。重慶市科協(xié)成員、《計(jì)算機(jī)輔助工程》期刊審稿人、交通運(yùn)輸部項(xiàng)目評(píng)審專家。專業(yè)領(lǐng)域?yàn)檎嚻谀途?NVH/碰撞安全性能開發(fā)與仿真計(jì)算，車體結(jié)構(gòu)優(yōu)化與輕量化，CAE分析流程自動(dòng)化等。王朋波私人微信：poplewang；加微請(qǐng)注明：?jiǎn)挝?姓名。 
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