ADAMS接触与摩擦力简介.doc

4.3.2.2接触与摩擦力 1. 摩擦力（考虑是否画示意图）。 运动副一般只限制两个构件的部分自由度，在没有限制自由度的方向上，两个构件可以相对运动，在能够产生相对运动的自由度上定义摩擦力，使系统在做动力学仿真时，考虑摩擦力的存在，这样使得仿真更加符合实际，摩擦力需要设置如下参数： （1）静摩擦系数（Mu Static）和动摩擦系数（Mu Dynamic）。 （2）摩擦圆半径(Friction Arm) 和轴颈半径(Pin Radius )。摩擦圆半径等于轴颈半径与当量摩擦系数的乘积。 （3）弯曲作用力臂(Bending Reaction Arm)。 （4）静摩擦移动速度(Stiction Transition Velocity)，指在出于静摩擦状态时，运动副的最大位移。 （5）摩擦力矩预载荷(Stiction Torque Preload)。例如由过盈装配而产生的装配压力等。 （6）引起摩擦力的因素(Input Forces to Friction)。可以选择预载荷、方作用力或弯矩。 （7）禁用摩擦力的情况(Friction Inactive During)。 （8）Reaction Arm（反作用力力臂）。指扭转力矩除对应的力臂。 （9）Initial Overlap（移动副的初始位移）。指弯曲力矩对应的力臂。 （10）Overlap Will（移动副的位移变化情况）。有三个选项，即常数（Remain Constant），增加（Increace）、减少（Decerase）。 其中，1-7为转动副摩擦的参数选项，1、4-10为移动副摩擦的参数选项。 2. 设置接触力 当两个构件的表面发生接触时，就会在接触的位置参数接触力（Concact），接触力有两种计算方法，即基于回归的接触算法(Restitution-basecontact)和基于碰撞函数的接触算法(IMPACT-Function-based contact)。接触力采用采用impact函数提供的非线性等效弹簧阻尼模型作为计算模型。接触力由两个部分组成：一个是由于两个构件之间的相互切入而产生的弹性力，另一个是由相对速度产生的阻尼力。 图12 接触力参数设置 接触力表示为： 其中， -法向接触力。 -Stiffness（Hertz接触刚度），单位为N/mm，一般来说，刚度值越大，积分求解越困难，但是如果刚度值过小，就不能模拟两个构件之间的真实接触情况。 -Penetration Depth（渗透量），单位为mm。 -Force Exponent（力指数），用来计算瞬时法向力中材料刚度项贡献值的指数，对于刚度比较大的接触，e1，否则e1。对于金属常用1.3～1.5，对于橡胶可取2甚至3。一般用1.5。 —阶跃函数。 —允许的最大穿透深度。 —当达到最大穿透深度时的最大阻尼值。 d-Damping（阻尼系数）。通常取刚度值的0.1~1﹪，一般取10-100N*sec/mm。 当接触点的穿透深度小于其临界值Penetration Depth（接触定义界面中的输入值）时，阻尼系数是渗透量的三次函数，当大于等于临界值时，阻尼值也到达其最大值，如下图所示。 图13 渗透量与阻尼关系曲线 —接触点的法向相对速度，单位为mm /sec。 （Stiction Transition Vel.）为静摩擦转变速度，（Dynamic Transition Vel.）为动摩擦转变速度，(Static Coefficient)为最大静摩擦系数，(Dynamic Coefficient)为动摩擦系数，， 。 在定义接触时，摩擦力的定义对接触力的测量结果有很大影响，定义摩擦力可以使接触力曲线更平滑，更趋近真实。接触力中的摩擦力是接触正压力和摩擦系数的乘积。它是非线性摩擦模型，是动摩擦与静摩擦之间按照两接触物体的相对滑移速度的相互转换，如下图所示。 图14 动、静摩擦转换曲线 当相对滑移速度的绝对值由0逐渐转变为，物体所受的是静摩擦，静摩擦系数的绝对值由0逐渐转变为；当相对滑移速度的绝对值由逐渐转变为时，物体处于由静摩擦向动摩擦的转换过程中，摩擦系数的绝对值由逐渐转变为，当相对滑移速度的绝对值大于时，物体所受的是动摩擦，摩擦系数不变，为。 对于大部分相对运动的构件（如车轮和轨道），在实际中，两者之间的摩擦在绝大多数情况下都是动摩擦，所以一定要保证动摩擦系数的准确性（静摩擦系数的准确性相对来说就不是太重要了）。静摩擦转变速度和动摩擦转变速度的单位为mm /s，数值一般都很小（相对于起重机大小车的运行速度），具体值的准确性也不是太重要。