人字齿同步带弹性接触有限元理论
人字齿同步带使用弹性有限元的基本理论,可以有效解决复杂的同步带的接触问题。图 2-9表示 A 和 B 两个弹性物体相互接触,分别对物体 A、B 划分网格,形成了由节点组成的能够计算的有限元网格,两物体初始接触面上的节点组成了多对接触点对。采用三维八节点接触面单元如图 2-10 所示,假设接触点对之间由无数微小的弹簧建立连接关系,接触面之间靠节点处的作用力联系起来,单元形心放置在原点处,z 向表示接触压力,x、y 表示摩擦切向力。
物体 A 和 B 的接触状态有三种,分别是:分离、粘结接触和滑动接触[37]。对于这三种情况,接触点对的位移和力的条件各不相同,实际的接触状态在这三种接触情况中转化,导致了接触问题高度非线性特点。PA和PB表示两物体受到的外载荷,uA和uB表示两物体的位移,可以得到以下方程:
两物体处于不同接触状态下时的边界条件不一样,设unA、unB分别为接触点对的法向位移,utA、utB为切向位移,RnA、RnB分别为接触点对的法向接触力,RtA 、RtB为切向接触力,可得到不同接触状态的边界条件如下[38] :分离接触点对:A B A B 0 n n t t RRRR 粘结接触点对: