01 概 述

Adams的接触几乎是离散的事件，当两个几何发生接触时，将会产生一个明显垂向力或脉冲力，同时部件的速度将会发生变化，加速度亦是离散的，同时会有许多峰值。接触的定义一般包括两种算法，分别是碰撞函数方法和罚函数方法。而最常使用的碰撞函数方法其实是使用Adams求解器中的“接触”函数求解实现。当接触的两个体在运动过程中相互渗透（几何的重叠），就会产生接触力。接触力计算需要的参数包括接触刚度K、回弹力指数e、最大渗入深度dmax、最大阻尼Cmax等参数。接触力的计算公式如下。

本文重点介绍上述参数的设定方法。

02 碰撞函数的接触参数设置

2.1 接触参数的初步设置

根据赫兹接触理论，接触相关的公式如下：

上述公式中，E*为合成弹性模量、E1及E2为两个接触几何的材料弹性模量、v1及v2为两各接触几何材料的泊松比，R为等效半径，R1及R2为两个接触几何球体的半径，a为接触半径，δ 为接触深度，P为接触时的碰撞载荷。

根据上述公式1、2、3、4可以得出如下的碰撞载荷计算公式5：

通过公式5，可以推导出接触刚度K=((16RE^(*2))/9)^(1/2) ，回弹力指数e=3/2。而最大阻尼系数的初始值可以根据经验进行预定义（例如1E4, 或者刚度的1‰），最大渗透深度dmax可初始定义为等效半径R的1%。通过迭代计算不同的接触参数，逐步优化，最终得到理想的接触参数。

2.2 接触参数的迭代过程

接触参数的调试过程如下图1所示。

图1 接触参数调试过程

具体说明说下：

1. 根据上述2.1中计算或初步定义的接触参数，进行一次初步的仿真分析；通过仿真分析可以得到接触力；

2. 应用公式4以及1中计算的接触力进行渗透深度的计算。该渗透深度用来定义接触定义时的最大渗透深度dmax，一般将计算的渗透深度的30%的作为新迭代的dmax的新值；

3. 再次运行仿真，查看如下结果：

接触力中的阻尼力与刚度力的占比关系。常规的接触力中的刚度部分占据着主要的部分，接触力中，一般刚度接触力与阻尼接触力的比例关系为9:1。其中刚度力和阻尼力均需要以最大值作为比较量。下图2为接触力中刚度接触力与阻尼接触力的占比关系图。

图2 接触力合力、接触力刚度部分、接触力阻尼部分的对比

4. 如果接触力中的刚度与阻尼占比不是期望的，可以通过调节最大阻尼系数Cmax实现，如果若刚度接触力与阻尼接触力比值大于9:1，需要将Cmax增加，否则减小，如果接触力占比关系符合要求，至进行步骤5。

5. 校核Adams求解的接触渗透深度与理论计算的渗透深度是否相差较小。若Adams求解渗透深度（非dmax）与计算的渗透深度相差很小，即可以转至第6步骤，否则考虑一个新的dmax(例如40%的计算渗透深度)，返回至第3步骤进行求解。

6. 如果更改dmax仍不能使Adams求解的渗透深度与公式计算的渗透深度相差不大，需要调节新的接触刚度K值，返回至步骤3。在调节接触刚度K值的过程中，若发现K值对最终的渗透深度不起作用，需要将K值调回至原来的理论计算值，再调节回弹力指数e来实现渗透深度的要求。

其中回弹力指数在接触的前期对接触力影响大，接触刚度K在接触的后期对接触力影响大。

图3 回弹力指数和接触刚度对接触力的影响关系

03 后 续

敬请关注 “Adams接触定义指南：接触参数调试案例”以及“Adams接触定义指南：柔性体接触”等内容。