接触力学教学教程资料

接触力学教学教程资料

接触力学是固体力学的重要分支，涉及弹性/塑性体接触时的应力、变形、摩擦、磨损等复杂问题。以下是为不同教学阶段设计的课程推荐框架，涵盖教材、工具和实践资源：

---

一、基础阶段（本科生高年级/研究生入门）

1. 核心教材

   • Contact Mechanics - K.L. Johnson（经典教材，系统讲解Hertz理论、滚动接触）
   • Fundamentals of Contact Mechanics - N.K. Myshkin（侧重工程应用与摩擦学基础）
   • 《接触力学》- 金学松（中文教材，结合轮轨接触案例）

2. 关键内容

   • Hertz接触理论（非粘着接触）
   • 法向/切向接触的解析解
   • 半空间假设与Green函数
   • 摩擦定律（Coulomb摩擦、粘滑现象）

3. 辅助工具

   • MATLAB/Python数值计算（如Hertz压力分布编程）
   • 有限元软件入门演示（ABAQUS/ANSYS的接触模块）

---

二、进阶阶段（研究生/科研导向）

1. 专题深化

   • Contact Mechanics in Tribology - I.G. Goryacheva（粘着接触、粗糙表面建模）
   • Computational Contact Mechanics - P. Wriggers（有限元中的接触算法）
   • 断裂力学与接触（如Spalling、疲劳裂纹萌生）

2. 前沿方向

   • 多尺度接触（分子动力学与连续介质耦合）
   • 软材料接触（生物力学、水凝胶）
   • 高温/极端环境接触（如航天器密封设计）

3. 仿真实践

   • 开源工具：
     • LMGC90（离散元接触模拟）
     • Tamaas（粗糙表面接触的高效边界元法）
   • 商业软件：
     • COMSOL Multiphysics（多物理场耦合接触）
     • LS-DYNA（冲击接触问题）

---

三、实验与案例教学

1. 实验演示

   • 球-平面接触压力分布（压力敏感薄膜/Fuji胶片）
   • 摩擦振动实验（Stribeck曲线测量）
   • 光学干涉法测量接触区（如白光干涉仪）

2. 工程案例库

   • 轴承滚子接触疲劳（ISO 281标准）
   • 轮胎-路面接触（ADAMS/Car仿真）
   • MEMS微接触（Archard磨损模型应用）

---

四、在线资源

1. 公开课

   • MIT OpenCourseWare Tribology（David Hardt主讲）
   • 西南交通大学《车辆系统动力学》（含轮轨接触专题）

2. 学术社区

   • ResearchGate上的Contact Mechanics Group
   • IUTAM（国际理论与应用力学联盟）研讨会论文集

---

五、教学建议

• 先修要求：弹性力学、材料力学、数值分析基础
• 难点突破：通过对比Hertz理论与有限元结果，直观理解假设局限性
• 跨学科链接：摩擦学（Tribology）、机器人抓取控制、生物关节力学

可根据学生背景灵活调整理论深度与工程案例的比例，建议搭配COMSOL或Python的Jupyter Notebook互动建模提升学习效果。