赫茲理論以接觸疲勞為主要失效形式,對點接觸情況給出了一套完整的理論解,對線接觸給出了部分理論解。早期人們側重於尋找經驗公式,有的公式已經為一些工程套用所採用。對於幾何形體簡單的接觸問題,赫茲公式能方便的解決,但對於外形複雜的實體接觸,赫茲公式不能確切反映接觸體幾何特性的影響。
假設
在討論彈性接觸問題時,一般假定:
(1)接觸系統由兩個相互接觸的物體組成,它們間不發生剛體運動;
(2)接觸物體的變形是小變形,接觸點可以預先確定,接觸或分離只在兩物體可能接觸的相應點進行;
(3)應力、應變關係取線性;
(4)接觸表面充分光滑;
(5)不考慮接觸面的介質(如潤滑油)、不計動摩擦影響。
應力
當兩曲面接觸並壓緊時,壓力P沿z軸作用,在初始接觸點的附近,材料發生局部的變形,靠近接觸形成一個小的橢圓性平面,橢圓的長半軸“在x軸上,短半軸b在y軸上。橢圓形接觸面上各點單位壓力大小與材料的變形量有關,z軸上的變形量大,沿Z軸將產生最大單位壓力凡。其餘各點的單位壓力p是按橢圓球規律分布的。
有限元分析
隨著計算機技術的發展、有限元法的成熟以及大型有限元商業軟體的面世,使得接觸分析的數值算法成為可能。數值分析方法已成功地用於解決接觸問題。在機械工程中經常遇到接觸問題,如滾珠軸承中滾珠與坐圈的接觸,兩個嚙合齒輪在齒面上的接觸,車輪與軌道的接觸。又如嵌入式硬度測試機測量材料的接觸後的塑性變形、刃型支承、橋梁支座等,都涉及到接觸問題。
接觸問題是一種高度非線性行為,在處理和計算中存在兩個較大的難點:一,在求解問題之前,不知道接觸區域。隨載荷、材料、邊界條件和其他因素的不同。表面之間是接觸還是分開是未知的,並且還可能是突然變化的。二,大多數的接觸問題需要考慮摩擦,摩擦效應可能是混亂的,所以摩擦使問題的收斂性變得困難。除了上面兩個難點外,許多接觸問題還必須涉及到多物理場影響,如接觸區域的熱傳導、電流等,更增加了求解的難度。接觸問題一般分為兩種基本類型:剛體一柔體的接觸,柔體一柔體的接觸。在剛體一柔體的接觸問題中,接觸面的一個或多個被當作剛體。與它接觸的變形體相比,有大得多的剛度。一般情況下,一種軟材料和一種硬材料接觸時,可以假定為剛體一柔體的接觸,許多金屬成型問題規為此類接觸。
基本步驟
2.識別接觸對
3.定義剛性目標面
4.定義柔性接觸面
5.設定單元關鍵字和實常數
6.定義/控制剛性目標面的運動
7.給定必須的邊界
8.定義求解選項和載荷步
9.求解接觸問題一查看結果