Переменный коэффициент трения

Порой, возникают ситуации, когда в нелинейном анализе необходимо учитывать переменный коэффициент трения. В настоящее время ANSYS Workbench не поддерживает эту возможность напрямую, однако, это реализуемо с помощью команд APDL.

Подробное описание этих команд содержится в разделе ANSYS Help: Mechanical APDL > Material Reference > Nonlinear Material Properties > Contact Friction.

Рисунок 1. Описание команд для задания трения

В этом разделе документации описывается задание контактного трения с использованием команды TB, FRIC, которое является свойством контактного элемента. Команда позволяет задавать коэффициент трения как в изотропном, так и ортотропном виде. Приводится пример задания переменного коэффициента трения в пошаговом расчете, а также трение, определяемое пользовательскими параметрами с помощью команд TB, FRIC с TBOPT = USER.

В представленном примере будет показано задание переменного коэффициента трения с использованием команд APDL в Workbench. Трение активируется с помощью команды TB, FRIC. Коэффициент трения может зависеть от температуры, времени, нормального давления, расстояния скольжения и т. д. (определяется командой TBFIELD). В представленном примере трение изменяется со временем (для имитации изменения при пошаговом нагружении).

Далее приведены результаты расчета нелинейного контакта между алюминиевым корпусом и стальным кольцом.

Рисунок 2. Поверхности трения между двумя деталями

Ниже показан объект командной вставки, используемый для задания коэффициента трения как функции времени.

Рисунок 3. Командная вставка для задания трения

В данной вставке заданы следующие значения:

Время, с	Коэффициент трения
0	0
0,2	0,1
0,4	0,3
0,6	0
0,8	0,15
1,0	0

Обратите внимание, что в качестве примера коэффициент трения равен нулю для времени 0, 0.6 и 1 с.

Для расчета в меню «Analysis Setting» для управления выходными данными были включены следующие настройки «Nodal Forces», «Contact Miscellaneous» и «General Miscellaneous».

Быстрый анализ результатов в контактах подтверждает ожидания. График для напряжений в контактном трении показывает нулевые значения для времени = 0, 0.6 и 1 с, так как коэффициент трения в этих моменты равен нулю.

Рисунок 4. Напряжения в контактном трении

Другая проверка на работоспособность - реакция в контакте, которая также показывает ноль (почти нулевую силу реакции в эти моменты времени). Небольшое несоответствие связано с несколькими перекрывающимися узлами на границе.