赫兹接触 — CAE术语解释

两个弹性体在点或线处接触时，接触面积和面压分布的解析理论解。比如球与滚道接触这样的曲面相互接触的情况，接触面呈椭圆形，面压呈椭圆分布。1882年由赫兹导出的经典理论，虽然历史悠久但至今仍具有实用价值。

滚动轴承中最大面压可达1～3 GPa。钢的拉伸强度约为0.5～1 GPa，所以面压值大大超过了拉伸强度。但接触面极小，周围材料强烈约束它，所以材料能够耐受这种压缩。不过接触面正下方的剪应力是疲劳裂纹的起源，需要特别注意。

FEM接触分析的结果与赫兹理论解对比是验证分析质量的标准方法。如果网格太粗糙，接触区域的面压峰值会被低估，所以通过与理论解对比，可以检查接触面附近的网格细度是否足够。

高荷载导致塑性变形的情况、摩擦力较大的情况、接触面积相对于曲率半径较大的情况都超出了赫兹理论的适用范围。橡胶等超弹性体的接触也无法用赫兹理论处理。这些场景需要用非线性FEM接触分析来求解。

这三个概念紧密相连。

球与平面的接触是赫兹理论最简单的形式，非常适合用来检验FEM的网格密度和面压收敛性。