Adams接触与穿透讲解及故障解决

一、接触力计算方法

ADAMS 提供三种接触力计算方法，Impact 法因适用性广成为主流：

• Restitution（恢复系数）

  基于回归补偿算法，通过惩罚参数（单面约束）和回归系数（能量损失）计算。

  
  

• Impact（碰撞）

  调用 IMPACT 函数，基于赫兹接触理论，正压力为弹性力与阻尼力叠加，是工程分析核心方法。

  
  

• User Defined（自定义）

  支持用户自定义接触算法，灵活适配特殊场景。
  
  

  
  

二、接触力模型（正压力 + 摩擦力）

接触力分解为正压力（Impact 法）和摩擦力（Coulomb 法），参数定义及物理意义如下：

1. 正压力参数

• K（刚度）

  N/mm，反映材料抵抗变形的能力，硬度越高 K 越大（金属 > 塑料 > 橡胶）。

  
  

• C（阻尼）

  N・s/mm，通常为 K 的 0.1%~1%，影响碰撞力曲线平滑度。

  
  

• e（力指数）

  刚度项贡献因子，决定穿透量对弹性力的影响程度（金属 1.5，塑料 2，橡胶 1.1）。

  
  

• δ（穿透深度）

  mm，阻尼达最大值的临界穿透量，多数场景取 0.1mm。

  
  

• V（法向相对速度）

  mm/s，δ 的一阶导数，影响阻尼力大小。

  
  

• R（恢复系数）

  表征碰撞后动能恢复程度，值越大能量损失越小（橡胶 > 尼龙 > 金属）。

  
  

1. 摩擦力参数
   基于静 - 动摩擦转换模型，关键参数：

• μs（最大静摩擦系数）

  、μd（动摩擦系数）：μs>μd，润滑状态（Greasy）下显著小于干燥状态（Dry）。

  
  

• Vs（静摩擦转变速度）

  mm/s，多数场景取 0.1，速度低于此值为静摩擦。

  
  

• Vd（动摩擦转变速度）

  mm/s，多数场景取 10，速度高于此值为动摩擦。
  
  
  

  
  

• 
  

三、典型材料接触参数汇总

不同材料组合的参数差异显著，核心参数如下（共性参数：δ=0.1mm，Vs=0.1mm/s，Vd=10mm/s）：

关键规律：

• 刚度 K：金属（Steel>Aluminum）> 尼龙 > 亚克力 > 橡胶，与材料硬度正相关。
• 恢复系数 R：橡胶（0.8）> 尼龙（0.5）> 亚克力（0.4）> 铝（0.2）> 钢（0.15），反映材料弹性差异。
• 摩擦系数：干燥状态（Dry）> 润滑状态（Greasy），如钢在 Greasy 时 μs 降至 0.08（约为 Dry 的 1/4）。
  
  

四、仿真穿透现象及解决

1. 穿透原因

• 模型复杂：接触判断准则失效；
• 步长不合理：接触瞬间未及时调小步长；
• 积分算法不当：稳定性不足导致求解误差。

2. 解决措施

• 简化模型几何，保留关键接触区域；
• 优化步长（接触时系统自动调小，可手动设置初始步长）；
• 更换积分器（默认 GSTIFF 求解失败时，换用稳定性更高的 BDF）。
  
  

五、积分器与求解参数

1. 积分器（刚性系统适用）

• 效率：GSTIFF > WSTIFF > BDF；
• 稳定性：BDF > WSTIFF > GSTIFF；
• 应用：常规用 GSTIFF，收敛困难时换 BDF。

2. 积分格式

• I3：快速低精度；SI2：高精度（考虑约束，慢）；SI1：更高精度（计算成本高）。

3. 积分误差：默认 0.001，误差过大会牺牲精度，过小则延长求解时间。

总结：ADAMS 接触仿真需结合材料特性合理设置 K、e、摩擦系数等参数，通过优化模型、步长及积分器减少穿透，最终实现与物理现象一致的仿真结果。

可参考此文https://zhuanlan.zhihu.com/p/508744298

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