康迪泰克马牌Continental ContiTech人字齿同步带齿与同步带轮齿啮合在 ANSYS 分析中的非线性
（1）材料非线性
马牌Continental ContiTech人字齿同步带由带背、强力层和带齿组成，带背和带齿材料相同，均采用氯丁橡胶，强力层的线绳材料为玻璃纤维，带齿面上又覆盖了一层尼龙包布，可见，同步带材料是由多种材料组成的一种粘弹性复合材料。氯丁橡胶作为橡胶的一种，具有很高的拉伸强度和扯断伸长率，弹塑性好，耐冲击与振动，分子链容易被***而产生“蠕变”，属于自补强性橡胶。橡胶是高弹性的高分子化合物，同步带加工制造完成后的半成品橡胶经过了硫化工序。在使用范围内，橡胶的应力-应变关系式非线性的，不变应力作用下，有蠕变现象；变应力作用下，有应力松弛现象；交变应力作用下，应变滞后于应力，因此其弹***不能简单地用弹性模量来确定。在分析氯丁橡胶的应力应变曲线的性质后，本文假定带齿和带背材料为线性材料。作为带齿材料的玻璃纤维是一种复合材料，其密度高于有机纤维，具有较高的拉伸强度，硬度与其固有的脆性相结合，使玻璃纤维有突出的抗弯曲性能。构成包布层的尼龙布也是一种典型的非线性材料，其性能也有效地影响带齿的磨损和承载能力。因此，马牌Continental ContiTech人字齿同步带的材料可以看成是由复合材料不均匀铺成的复合材料层。材料的非线性应力-应变关系是常见的结构非线性的原因，在 ANSYS 程序中，认为材料的屈服点和比例极限相同。在应力-应变曲线中，低于屈服点的部分成为材料弹性部分，超过屈服点的部分成为材料塑性部分。进行弹塑性分析时，既考虑了弹性部分又考虑材料的塑性特性。软件用 BKIN 即经典的双线性随动强化准则或BISO 双线性等向强化准则定义材料的弹塑变化表[53]。
（2）状态非线性
马牌Continental ContiTech人字齿同步带齿与同步带轮齿啮合时处于一种复杂的接触状态，接触边界随加载和变形而改变，属于刚体-柔体接触，是一种高度非线***，深入理解这种接触状态的特性，从而建立合理的模型是很重要的。带齿与轮齿啮入啮出过程中，带齿与带轮齿的形状和材料特性是一直变化的。求解接触问题存在两个较大的难点：在求解问题之前，接触区域不明了，表面之间的接触状态属于三种接触状态的哪一种不明了，带齿材料是柔性材料，接触面是一个***面、接触面积从大到小，再从小到大变化，同时也受到加载方式和边界条件及其它因素影响，在带齿与轮齿的接触面将会出现塑性变形和塑性卸载的情况。这种由接触边界状态的非线性引起的接触非线性问题，主要表现在两个方面：（1）接触表面发生变化，即自由表面的一部分可能转变为接触表面，或者接触表面被放松，从而接触表面转变为自由表面。（2）接触面上产生的变形、相互摩擦和位移相互滑移表现出强烈的非线性性质。而且，大多的接触问题需要考虑接触物体间的摩擦，摩擦这种非线***使问题变得更加难以收敛。在人字齿同步带与带轮的接触分析中，由于人字齿同步带克服了爬齿现象，带齿工作面与轮齿工作面之间处于紧密接触状态，无相对滑动。且弹性齿顶与带轮齿槽的接触面积非常小，因此也可忽略这一部分的摩擦。
（3）几何非线性
马牌Continental ContiTech人字齿同步带在与带轮啮合的过程中，带齿是复合材料组成的弹性体，带轮是刚体，带齿啮合受力发生大变形。随着位移的增长，带齿上节点的移动可以以多种方式改变结构的刚度，其位移变形关系已经超出了线性理论的范畴，而且初始状态不足以描述变形过程，平衡状态的位置是未知的。刚度与位移之间关系不再是常量，需要进行非线性多步迭代来获得一个有效的解。此外，马牌Continental ContiTech同步带在初拉力作用下，特别是带轮直径较小时，带背受到周期性的弯曲应力作用，产生弯曲变形，也属于大变形。通过命令 NLGEOM,ON 打开大应变选项，***软件的大应变效应，这一效应可以使单元的形状和方向改变，而且可以使表面载荷随单元转动。大应变分析中单元的形态和取向改变都会导致刚度的改变，在下一步分析中采用新的刚度。人字齿同步带与带齿接触受力包含了以上三类的非线性，是三类问题相互耦合的非线性问题，表现的更为复杂。使用数值解法解复杂非线性问题只能得到近似的解，数值解法遇到以下情况时无法实现求解：1）不能保证解是***的；2）解的收敛性不能保证；3）求解过程和结果比处理线性问题更为复杂。使用弹性有限元法进行接触分析，是解决同步带齿与带轮齿复杂啮合问题的***有效，***可靠的方法之一。