2024年3月9日发(作者：国产手机前十名品牌排行榜揭晓)

第三章 机械系统分析软件－ADAMS

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3.3.3 ADAMS软件中IMPACT函数参数的确定

(1) 碰撞函数中的非线性弹簧参数的确定

在使用ADAMS碰撞函数中，确定碰撞力大小Fn主要由等效刚度k以及幂指数q两个参数确定。为了合理的确定等效刚度以及幂指数，通常使用Hertz弹性碰撞模型来计算出正确的k与q。Hertz弹性碰撞模型如下：



AFn

AA



BBBv

F



（a）碰撞前 （b）碰撞 （c）碰撞后

图3-3 弹性碰撞示意图

v如图3-3所示，设某一半径为R的圆球体A以速度v飞向平面B，则该过程分为以下三个主要过程：

当碰撞发生时，物体A与物体B之间有力的作用，其中在碰撞时因为碰撞产生了弹性力Fn同时物体A也发生了一定的变形，Hertz模型指出Fn与满足如下关系：

9F3

 (3-14)

216ER2n1其中：

1R1R1R（R1,R2分别为碰撞点处两物体的曲率半径）

12

1(11)(12)（E1,E2分别为两物体的材料弹性模量,

1 ,

EE1E2222分别为两物体的材料泊松比）

由式(3-14)我们可知

216REFn2*

93 (3-15)

故而可以确定

16RE2k

9 (2) 碰撞函数中的阻尼参数cmax的确定

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第三章 机械系统分析软件－ADAMS

式(3-12)可以写成

FnknD (3-16)

其中D为该式中的阻尼参数，为两物体接触时的相对移动速度。Hund与Grossley[83]曾提出确定D的方法：

Dn (3-17)

在式(3-17)中被称为滞后阻尼因子。在碰撞非线性弹簧阻尼模型中，碰撞过程会导致能量的损失，这是由碰撞的阻尼项造成的。图3-4表示在碰撞过程中碰撞力的变化：

图3-4 碰撞力的变化

t(m)表示碰撞达到最大穿透量的那一时在该图中t()表示开始碰撞前的那一时刻，t()表示开始碰撞结束后两物体分离的那一时刻。刻，在式(3-17)中阻尼系数D或

滞后阻尼因子需要确定。应用经典的冲量定理与能量守恒原理可以确定以上两个变量。

根据能量守恒定理可知在碰撞前与碰撞后两物体的动能损失可以用恢复系数e与两物体间的相对速度()来表示

其中()Vi()Vj() (Vi()表示物体i碰撞接触前的速度，Vj()表示物体j碰撞接触前的速度)

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Tm(eff)()(1e2) (3-18)

2

m(eff)mimjmimj (3-19)

在碰撞过程中的能量损失也可以对碰撞力进行积分来获得[84]：

2eff()3nnm

TDdd2d (3-20)

3K0式(3-20)中K与n的取值与非线性弹簧项中对应的取值相同.

由式(3-20)可知滞后因子可以算得:

m3K(1e2)

(3-21)

()4即在式(3-12)中cmaxDn

由以上可知阻尼系数与两碰撞物体本身材料属性有关(杨氏模量,泊松比)。同时，也与两碰撞物体的外形轮廓有关。要得到恢复系数e的大小,该值一般需由实验测定。

(3) 碰撞函数中dmax的确定

在IMPACT函数中,参数dmax的作用在于两物体接触后当两物体的穿刺深度dmax时，令非线性阻尼系统中的阻尼大小的取值为D,当0dmax时,其非线性弹簧阻尼系统中的阻尼大小由STEP函数决定,其大小与穿刺深度的关系变化见图3-5。

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图3-5

由碰撞动力学模型可知当两物体一产生接触时就产生阻尼,并且阻尼系数的

大小在一次完整的碰撞过程中是不变的,因此dmax的取值应该越小越好.同时考虑到ADAMS中的数值收敛性,一般可采用ADAMS中推荐的取值dmax0.01mm

(4) 碰撞函数中摩擦系数的确定

由式(3-13)可知摩擦力由Coulomb模型确定,即摩擦力大小取决于作用于物体之上的正压力大小与摩擦系数的乘积.

正压力的大小可以由(3-12)式得出；

摩擦系数分为动摩擦系数d与静摩擦系数s，当两接触物体处于静止状态时，二者之间的摩擦系数即取为静摩擦系数,当两接触物体的相对运动速度较大处于运动状态时二者之间的摩擦系数即取为动摩擦系数.一般而言动摩擦系数和静摩擦系数与两接触物体的材料各属性以及表面的粗糙程度等相关因素有关,需要通过实验获得数据，以下表是常用的不同材料相接触的摩擦系数：

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表3-1

Material 1: Material 2:

Dry steel Dry steel

Mu

static:

0.70

0.23

Mu

dynamic:

0.57

0.16

0.16

0.50

0.16

0.50

0.20

0.16

0.20

0.20

0.15

0.15

0.15

0.15

0.15

0.06

0.06

0.06

0.06

Restitution

coefficient:

0.80

0.90

0.90

0.85

0.85

0.85

0.85

0.85

0.85

0.85

0.70

0.70

0.70

0.70

0.70

0.70

0.70

0.70

0.70

Greasy steel Dry steel

Greasy steel Greasy steel 0.23

Dry

aluminium

Dry

aluminium

Dry

aluminium

Greasy

aluminium

Greasy

aluminium

Greasy

aluminium

Greasy

aluminium

Acrylic

Acrylic

Acrylic

Acrylic

Acrylic

Nylon

Nylon

Nylon

Nylon

Dry steel 0.70

Greasy steel 0.23

Dry

aluminium

Dry steel

0.70

0.30

Greasy steel 0.23

Dry

aluminium

Greasy

aluminium

Dry steel

0.30

0.30

0.20

Greasy steel 0.20

Dry

aluminium

Greasy

aluminium

Acrylic

Dry steel

0.20

0.20

0.20

0.10

Greasy steel 0.10

Dry

aluminium

Greasy

aluminium

0.10

0.10

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Nylon

Nylon

Dry rubber

Dry rubber

Dry rubber

Dry rubber

Dry rubber

Dry rubber

Dry rubber

Greasy

rubber

Greasy

rubber

Greasy

rubber

Greasy

rubber

Greasy

rubber

Greasy

rubber

Greasy

rubber

Greasy

rubber

Acrylic

Nylon

Dry Steel

0.10

0.10

0.80

0.06

0.06

0.76

0.76

0.76

0.76

0.76

0.76

0.76

0.56

0.56

0.56

0.56

0.56

0.56

0.56

0.56

0.65

0.70

0.95

0.95

0.95

0.95

0.95

0.95

0.95

0.95

0.95

0.95

0.95

0.95

0.95

0.95

0.95

Greasy steel 0.80

Dry

aluminium

Greasy

aluminium

Acrylic

Nylon

Dry rubber

Dry steel

0.80

0.80

0.80

0.80

0.80

0.63

Greasy steel 0.63

Dry

aluminium

Greasy

aluminium

Acrylic

Nylon

Dry rubber

Greasy

rubber

0.63

0.63

0.63

0.63

0.63

0.63

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