一种考虑粗糙表面微凸体相互作用影响的确定受载结合部法向接触刚度的方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN106709207A(43)申请公布日2017.05.24(21)申请号201710029431.4(22)申请日2017.01.16(71)申请人东北大学地址110819辽宁省沈阳市和平区文化路三巷11号(72)发明人王润琼朱立达倪陈兵敦艺超史家顺于天彪巩亚东(74)专利代理机构大连东方专利代理有限责任公司21212代理人李馨(51)Int.Cl.G06F17/50(2006.01)权利要求书3页说明书9页附图3页(54)发明名称一种考虑粗糙表面微凸体相互作用影响的确定受载结合部法向接触刚度的方法(57)摘要本发明提供一种考虑粗糙表面微凸体相互作用影响的确定受载结合部法向接触刚度的方法，包括如下步骤：测量接触表面的微观形貌数据，利用三维轮廓测量仪器获得结合部处接触表面的微观轮廓数据，提取各微凸体顶点在长度方向的位置坐标，模拟粗糙表面的微凸体形态；建立法向载荷与接触刚度之间的关系；计算接触表面的分形参数，利用结构函数法，对提取的数据进行理论计算，获取其表面分形维数和尺度系数；根据上述步骤，将材料各参数值代入最终计算结合部法向接触刚度。本发明提出了一种确定结合面法向接触刚度的新方法，克服了传统基于分形理论的方法在重载情况下计算结果不准确的缺点，具有可靠性强，贴近实际情况，计算量小，提高计算效率等优点。CN106709207ACN106709207A权利要求书1/3页1.一种考虑粗糙表面微凸体相互作用影响的确定受载结合部法向接触刚度的方法，其特征在于包括如下步骤：S1、测量接触表面的微观形貌数据，利用三维轮廓测量仪器获得结合部处接触表面的微观轮廓数据，提取各微凸体顶点在长度方向的位置坐标，模拟粗糙表面的微凸体形态；S2、建立法向载荷与接触刚度之间的关系，具体地包括，S21、建立法向载荷与接触面积的关系，将受载结合部的两个结合面转化为一刚性光滑平面与一粗糙平面接触，考虑微凸体相互作用影响后由弹性因素引起的变形量；根据赫兹接触理论，综合考虑微凸体的曲率半径和弹塑性变形后可以得到接触面的总载荷，得出分形接触模型；S22、建立法向接触刚度模型，根据微凸体的载荷变形函数，推导微凸体结合面总刚度值；S3、计算接触表面的分形参数，利用结构函数法，对步骤S1中提取的数据进行理论计算，获取其表面分形维数和尺度系数，具体地包括，S31、建立结构函数，将粗糙表面轮廓表征函数的增量方差定义为结构函数；S32、获取表面分形参数，根据不同尺度对轮廓曲线的离散信号计算出相应的结构函数值，回归分析拟合曲线，获得确定表面的分形维数和尺度系数；S33、结合面等效，机械结合面是由相互接触的两个粗糙面组成的，考虑到研究的方便性和科学性，将两个机械表面的接触等效成一个弹性粗糙面和一个刚性平面之间的接触；S4、根据上述步骤，将材料各参数值代入最终计算结合部法向接触刚度。2.根据权利要求1所述的考虑粗糙表面微凸体相互作用影响的确定受载结合部法向接触刚度的方法，其特征在于，在步骤S21中，虑微凸体相互作用影响后由弹性因素引起的变形量为z-dn，由分形接触模型可知，z+δ‘-dn＝δ，则z-dn＝δ-δ‘，根据赫兹接触理论，综合考虑微凸体的曲率半径和弹塑性变形后可以得到接触面的总载荷：其中，P为法向载荷；D为粗糙表面的分形维数；G为尺度系数；E为两接触表面的综合弹性模量(E1、E2、v1、v2分别表示组成结合面两部分材料的弹性模量和泊松22/(D-1)比)，a为接触点的接触面积；ac为临界接触面积(ac＝G(2E/H))；al为最大接触点面积；ccσy为两接触面中较软材料的屈服强度；K为较软材料硬度H与屈服强度σy的相关系数(H＝Kσy)；代入微凸体分布函数n(a)后，积分可得考虑微凸体间相互作用影响的分形接触模型：2CN106709207A权利要求书2/3页3.根据权利要求2所述的考虑粗糙表面微凸体相互作用影响的确定受载结合部法向接触刚度的方法，其特征在于，在步骤S22中，将微凸体半径与接触面积的关系代入并求导后，可推导出单个微凸体接触刚度k的表达式：代入微凸体分布函数后可以求得结合面总刚度值K：即4.根据权利要求3所述的考虑粗糙表面微凸体相互作用影响的确定受载结合部法向接触刚度的方法，其特征在于，在步骤S31中，结构函数的表达式为：s(τ)＝<[Z(x+τ)-Z(x)]2>，其中，Z(x)为粗糙表面轮廓表征函数，τ为数据间隔的任意选择值，x为轮廓位移坐标，而离散化后的结构函数表达式为：其中，ΔL为采样间隔，L为采样长度，N为采集点的数量。5.根据权利要求4所述的考虑粗糙表面微凸体相互作用影响的确定受载结合部法向接触刚度的方法，其特征在于，在步骤S32中，具体地，根据不同尺度τ对轮廓曲线的离散信号计算