接触力学及其计算方法

关于接触问题的研究已有一百多年的历史，然而直到不久前，研究工作者还主要将精力集中在接触问题的基本概念之上。今天，由于计算机及计算方法的发展，人们已能相当精确相当有效地解决许多复杂的实际的接触问题。本文对接触力学及其相关的计算方法的发展作了简要回顾，并对几个主要的方法作了比较，文末提出几点展望。     

变形体的虚功原理及其在求解接触问题中的应用

研究了变形体虚功原理的理论和建立方法，并将其用于建立接触问题有限元法计算公式。其基本原理是将构成变形体的微单元体视为质点，变形体成为质点系。应用分析力学中质点系的虚位移原理，即可得到变形体的虚功原理。应用该法建立了固体力学小变形、大变形问题的虚功原理，并推广用于变形体的接触问题，建立了相应的虚功原理。在对接触问题的分析中，还研究了变形体－刚体的接触问题及带有外接触边界的固体力学问题，建立了相应的虚功原理，由此可为某些特殊问题的计算带来较大的方便。     

弹性磨擦接触问题边界元分析

对带摩擦弹性接触问题进行了分析，根据接触问题局部非线性的特点，将缩聚法的思想应用于接触问题分析，对于比例加载情况，提出了一种带摩擦弹性接触问题分析的边界元全量缩聚迭代格式，提高了迭代求解的效率。利用编制的通用程序对两个算例进行了求解，获得了满意的结果。     

装配式衬砌隧道的一种有限元计算方法

将衬砌与地层间的相互作用按接触问题计算．根据变形体的虚功原理，建立了接触问题有限元公式及相应的计算方法，介绍了求解弹塑性接触问题的过程，并着重讨论了“侵入”状态的处理方法．最后，应用给出的方法计算了2个算例——内压作用下2个相套厚壁圆筒接触和用盾构法修建的地铁隧道的受力变形．     

机车牵引齿轮系统的接触强度分析

根据接触问题的有限元二次规划解法，采用子结构技术，建立电力机车传动齿轮系统的三维有摩擦接触分析有限元模型，对包括主、从动齿和轴在内的整体模型进行计算，定量分析了影响强度的几个因素。     

轮轨接触的有限元研究

用有限元参数二次规划法来分析轮轨的接触问题，提出了研究轮轨关系问题的新方法；同时给出了用此方法计算轮轨接触区内力的结果，并指出了各接触点对的接触状态和受力情况．     

地下水除锰工艺探讨

现有的地下水除铁，锰的常用工艺为锰砂接触氧化法，除铁效果较好，但对含锰较高的地下水除锰还不能达到饮用水标准。西方对锰砂接触氧化的试验资料进行分析，指出该法除锰的条件，对充氧方法和时间，接触时间以及滤速提出了建议。     

基于双弓受流动力学的弓网接触电弧分布

针对双弓受流情况下发生的电弧问题，基于经典电接触理论分析了弓网接触面微观结构与弓网接触电弧的产生机理，提出了接触电弧发生率算法；考虑双弓受流条件下接触网波动传播规律分析了双弓耦合系统动力学模型，建立接触网有限元模型与受电弓多体动力学模型，获取不同后弓静态抬升力下的前后弓接触力；结合接触电弧发生率算法与获取的前后弓接触力，计算多工况下前后弓接触电弧发生率，分析其在对应的接触力下接触电弧分布规律，并提出减小接触电弧发生率的措施。研究结果表明：在前弓上发生的接触电弧发生率远小于后弓上的概率，前弓均值仅为后弓的32%;后弓静态抬升力的变化对前弓接触电弧发生率影响很小，4种工况下前弓接触电弧发生率均在1.5×10^-3～5.0×10^-3内波动，无明显变化规律；后弓接触电弧发生率随后弓静态抬升力的增大显著减小，随着抬升力从55 N升高至85 N,后弓接触电弧发生率平均降低了42%;前弓上接触电弧发生次数随接触力的变化无明显变化规律，后弓静态抬升力越大其分布越均匀；后弓上接触电弧发生次数分布随接触力增大而减少，主要分布于接触力低值区间内；接触力在70～80 ...     

基于Hertz接触理论的法向接触刚度计算方法

轮轨之间的弹性接触变形是车辆-轨道耦合动力学中计算轮轨力的核心,以基于Hertz接触理论的非线性接触刚度来描述轮轨之间的压缩量与轮轨法向力之间的关系. 目前的轮轨Hertz接触刚度计算公式为经验公式,来源于20世纪70年代英国铁路技术研究所的研究工作,分锥形踏面和磨耗型踏面两种类型,局限于特定的轮径范围和钢轨廓形. 基于三维弹性体Hertz接触理论,推导了满足Hertz接触条件的弹性体法向接触刚度通用计算公式,并结合轮轨几何外形特点,给出了轮轨接触斑大小及接触刚度参数的直接确定方法和数表,并以LM车轮踏面和CN60钢轨踏面匹配为例,对比分析了典型工况下计算结果与经验公式的差异. 分析结果表明:基于本文计算公式制定的Hertz弹性接触数表弥补了现有数表中缺乏接触刚度的不足,可直接用于弹性体接触计算;对于轮轨接触,与本文公式计算结果相比,以往经验公式中磨耗型踏面的接触常数计算结果仅在车轮名义中心圆弧与轨顶中心圆弧接触时的误差较小,约为0.40%～0.44%;其他接触位置时,经验公式计算结果与本文公式计算结果相差较大,误差范围可达 ?25.97%～131.42%.      

接触线的疲劳可靠性

根据接触悬挂系统中的接触线振动方程，推导了接触线应力的均值和方差的计算公式．综合考虑了接触线应力集中系数、尺寸系数、表面质量系数和材料疲劳强度的影响，得到了接触线疲劳极限的统计特征．应用数理统计原理建立了接触线疲劳可靠性分析的数学模型．分析结果表明，接触导线线质、张力和刚度以及列车运行速度、波动传播速度和抬升力是影响导线疲劳可靠性的主要因素．     

考虑表面微观粗糙度的轮轨接触弹塑性分析

采用接触单元方法,结合初应力法,采用测量获得的表面微观粗糙度,对轮轨弹塑性接触问题进行了研究,获得了轮轨的表面接触压力分布等结果。结果表明,轮轨表面微观粗糙度度使得接触区的峰值接触压力大大高于平整接触表面的接触压力,会造成轮轨表面出现塑性变形。对含表面粗糙度的轮轨接触问题,进行弹塑性分析是必要的。     

Dynamic investigation on floating raft with elastic limiters

In this paper, we consider a floating raft isolation system with elastic limiters. The limiters might be “contact” or “no contact”, thus forming a unilateral system generating possible contacts. In order to avoid the large displacement of the floating raft under shock, limiters might be adopted but good limiters design requires the values of the gaps. Based on the contact dynamics, the multi-degree-freedom dynamic model of floating raft isolation system with elastic limiters is established. The artificial neural network has been developed to dingtinguish the contact state of elastic limiters at each step. The example analysis shows that the algorithm of neural network for contact can shorten the time of caclaution. From the example analysis, we get some interesting results that may be useful to the ship engineering.     

A new fractal model of elastic,elastoplastic and plastic normal contact stiffness for slow sliding interface considering dynamic friction and strain hardening

The deflection properties of elastic stage, elastoplastic stage and plastic stage of elastomer were analyzed. Taking account of the kinetic friction force in friction interface and strain hardening in slow sliding interface, the elastic, elastoplastic and plastic normal contact stiffness model for harsh surface was established, which revised the Majumdar-Bhushan fractal model and made it more perfect. In the combination of macro and micro perspective, the effects of coarse surface fractal variables, kinetic friction force in the friction interface, material characters of the friction couples on the contact status and contact property were discussed by the study of digital analysis. Results imply that the normal contact stiffness improves with the increasing real contact area and normal contact load, and reduces with the augment of kinetic friction coefficient. When the kinetic friction coefficient is smaller than 0.3, the normal contact stiffness comprises a linear decrease with the increment of kinetic friction coefficient. When the kinetic friction coefficient is bigger than 0.3, the normal contact stiffness has an exponential decrease with the increasing kinetic friction coefficient.     

BOUNDARY ELEMENT-COMPLIANCE MATRIX METHOD FOR 3D ELASTIC FRICTIONAL CONTACT ANALYSIS

IntroductionContact with friction is a common phe-nomenon in engineering,such as gear drive andfriction drive etc.It is difficulty to analyze contactproblems because of friction,existing very com-plex nonlinear become of a large number of unilat-eral friction contact surfaces,on which the contactfluctuates. Thus the analysis of frictional contactbehavior is regarded as one of the most challengeproblem in solid mechanics field.Many experts devoted in studying the friction-al contact problem[1～…     

轮轨接触几何参数匹配对应力值影响的探讨

轮轨接触几何参数的匹配优劣直接影响着轮轨接触应力值的大小。文中探讨了货车不同车轮踏面、不同轨底坡的轮轨匹配问题,分析了轮对模移对轮轨接触应力值的影响。提出了推广使用轮轨接触应力的数值计算方法。     

多孔棉布-酚醛轴承保持架的应变速率敏感性

为了分析研究多孔棉布-酚醛轴承保持架的应变速率敏感性，使用纳米压痕仪测量其在应变速率为0.01～ 0.05 s?1时的硬度和弹性模量，通过Kelvin-Voigt模型对材料的黏弹性进行分析，研究了材料在不同应变速率下的应变硬化效应和应变局部软化效应. 研究结果表明:随着应变速率提高，多孔棉布-酚醛材料的硬度和弹性模量先增加后减小；当应变速率从0.01 s?1增加到0.05 s?1，多孔棉布-酚醛材料硬度和弹性模量的增加与材料的应变硬化现象有关；当应变速率从0.05 s?1增加到0.30 s?1，蠕变位移显著增加，接触刚度快速降低，形变以热的形式消耗在压头与材料的接触界面，压头接触区材料从黏弹性向黏性转变，局部材料黏度降低，硬度和弹性模量快速减小；多孔棉布-酚醛的硬度和弹性模量随应变速率的变化是应变硬化效应和应变局部软化效应竞争的结果.      

机器人用RV传动中摆线轮受力分析

考虑ＲＶ传动中摆线轮修形引起的初始问题的影响,建立了各接触齿受力与接触变形的函数关系的力分析模型,准确地计算出针轮的同时受力齿数,各针齿的受力大小和弹性变形数值。     

交错轴齿轮的接触强度分析

建立了互相啮合的渐开螺旋面齿轮副的曲面方程和啮合线的曲线方程，以多种数学软件和CAD软件作为辅助工具，应用三维弹性非赫兹滚动接触理论分析了啮合线上各点的接触应力分布情况，包括了各种啮合参数对接触强度的影响，为交错轴齿轮副的强度设计方法提供了理论依据。     

轮轨稳态滚动接触中的HellingerReissner变分原理

以ＨｅｌｌｉｎｇｅｒＲｅｉｓｓｎｅｒ 变分原理为基础,应用摄动拉格朗日技术,将轮轨视为有限弹性体,推导出轮轨稳态滚动接触的ＨｅｌｌｉｎｇｅｒＲｅｉｓｓｎｅｒ 变分原理。为进一步从数值方面精确计算轮轨中接触疲劳问题提供理论依据和计算基础