基于ANSYS的真实粗糙表面微观接触分析

基于材料弹塑性变形理论,采用激光测量仪测取零件表面微观形貌数据,使用小波对测量数据进行处理,提取不同层次的粗糙度,利用有限元分析软件ANSYS及其APDL工具,建立真实粗糙表面不同尺度上的微观接触参数化有限元模型,仿真分析了粗糙表面接触的弹塑性变形全过程。提出了基于ANSYS重启动分析、网格重划的多载荷步求解算法,以解决有限元微观接触分析过程中的网格畸变问题。通过通用后处理模块/POST1,提取了有限元分析结果文件中的真实接触面积、接触载荷、接触微凸体个数等接触参数,分析了多种不同粗糙度表面相互接触时接触参数的关系,以及不同尺度的粗糙面对接触参数的影响,为研究结合面的接触机理和连接性能提供了方法。     

零件真实粗糙表面构建及微观接触性能分析

目前对于微观粗糙表面模型的构建主要采用统计数学方法和分形方法,建模的前提基于大量假设和简化,不能真实反映表面形貌特征。因此提出了采用三维数字化测量与逆向工程相结合建立零件真实粗糙表面的方法,并分析微观接触性能。利用三维形貌测量仪测量得到真实粗糙表面形貌数据,并经过数据精简、去噪处理,采用逆向建模方法得到真实粗糙表面的三维实体模型;应用有限元分析技术,分析粗糙表面接触性能,包括结合面接触应力随载荷变化规律、不同加工方式零件界面真实接触面积变化规律,以及结合面受力-变形关系等。该方法有利于揭示零件微观界面接触机理,为进一步研究宏微观接触性能提供了方法参考。     

基于灰度共生矩阵的粗糙表面几何形貌相似性研究

在加工工艺相同的条件下获得待分析表面试样;通过三维表面形貌仪测量获取粗糙表面的几何形貌数据,基于小波变换的方法实现表面形貌的多尺度分解,并滤除基准面;通过灰度共生矩阵方法,计算表面的二阶距/能量、熵、对比度、均匀度四个特征值,进行粗糙表面几何形貌特征值的分析和比较。经小波分析及灰度共生矩阵计算后可知,相同加工参数下的原始表面及各尺度下表面几何形貌的二阶矩/能量、熵、对比度和均匀度都具有很高的相似性,且最大误差<10%。通过试验数据得出:在相同的加工方法及相同加工参数下获得的粗糙表面,其几何形貌在各个尺度之下都具有很高的相似性,为同类型表面的计算机建模及后续分析提供了依据。     

三维真实粗糙结合面法向接触刚度研究

针对目前建立结合面粗糙表面模型主要以统计数方法和分形方法居多的情况,利用LEXT OLS4000测量仪测量得到真实表面形貌数据,基于小波理论对数据进行了降噪、分解和重构等顸处理,将数据导入到Pro/E中建立真实表面模型,运用ANSYS对结合面进行接触分析.带粗糙面的微元体被等效为无厚度界面和相同大小的光滑微元体串联,得出无厚度界面法向接触刚度.研究表明:表面形貌造成的接触应力分布不均匀和局部塑性变形导致结合面法向接触刚度随着压力的增加先增大后减小,并随着表面粗糙度参数值的增加而降低;不同的加工方式也影响着结合面的法向接触刚度.     

基于分形和高斯滤波的维修件粗糙表面重构与基准提取

通过维修件粗糙表面轮廓的功率谱探讨了维修件粗糙表面的分形特征,利用W_M函数建立二维和三维粗糙表面分形模型,对维修件粗糙表面轮廓进行了二维和三维重构。并采用高斯函数,对利用分形模型所重构的粗糙表面进行滤波,分别提取了维修件粗糙表面分形模型的评定基准线和评定基准面。论文把分形理论和高斯滤波相结合,应用于维修件的粗糙表面的重构和评定,最后编写MATLAB程序,进行了实验仿真,为研究维修件表面微观几何形貌对结合面摩擦、密封等装配后的连接性能提供了基础。     

基于分形几何的表面微观形貌模拟及粘着弹性接触计算研究

基于Ausloos和Berman提出的推广的W-M函数对具有分形特征的粗糙表面进行仿真模拟,分析了函数中与尺度无关的特征参数对表面微观形貌的物理意义。同时,基于Yan和Maugis的理论研究,用模拟的分形表面建立了考虑表面效应的弹性接触模型,通过数值方法对整个过程进行迭代求解,得到了两接触面在不同的接触条件下各个接触斑点上的载荷分布和真实接触面积以及接触斑点的数量和尺寸。由于真实接触面积的尺寸敏感地反应表面微观几何形貌的变化,因此该方法为研究粘着机制和减小微尺度粘着效应提供了思路。     

产品几何规范中非理想表面的多尺度表征

考虑目前多数计算机辅助公差工具仅能针对具有理想几何表面的CAD模型,无法从物理几何角度真正反映制造误差,本文研究了非理想表面的多尺度表征,提出了一种能够表征产品表面及其截面轮廓宏观及微观多尺度形貌误差的非理想表面模型。首先,提出了一种利用离散小波实现形貌误差多尺度仿真的方法;其次,针对实际工件,利用离散小波对其表面及截面轮廓采样数据进行形貌误差多尺度仿真;最后,对形貌误差各尺度成分进行合成,得到具有多尺度形貌误差成分的工件三维表面及其二维截面轮廓的非理想表面模型。仿真及实验结果表明:利用提出方法可以实现具有多尺度形貌误差的非理想表面模型表征;仿真所得粗糙度R_a值与白光干涉仪测量所得值的平均相对误差不超过4%。得到的结果证明了提出方法的正确性和可行性,为更加全面地表征产品的非理想表面模型提供了有效途径。     

三坐标测量机在逆向工程的应用

以对减速器箱体进行三维模型重构为例,介绍了WENZEL三坐标测量机在规则零件逆向工程中的应用.用三坐标测量机提取鼠标的表面数据,然后导入Pro/E软件进行模型重建,介绍了三坐标测量机在自由曲面逆向工程中的应用.把重建的曲面模型导入三坐标测量机的应用软件,通过测量实物与模型相比较,评定了重建后模型的精度.     

零件表面混合维建模理论、方法及其在产品装配质量预测中的应用

正零件表面的质量是产品性能分析与预测中不可或缺的重要因素,其几何形貌特征极大地影响了产品和零件的各种性能指标。在产品的设计和制造阶段,根据实际零件表面的局部测量数据评定其表面特征参数,模拟出该零件的表面形貌,体现真实零件的表面微观结构的特点和表面几何结构参数,分析并获得零件表面形貌对产品工作效能的影响规律,对提高零部件装配质量和产品性能具有重要的理论价值和现实意义。本文在对零件表面形貌建模及应用相关技术研究现状进行总结和分析的     

多尺度点磨削表面纹理功能及摩擦学特性分析

为研究多尺度表面的表面形貌对其使用功能和摩擦学特性的影响,设计加工5组具有不同多尺度特征的点磨削表面纹理试件。测量试件的表面形貌功能参数,通过功能参数对比分析,得出试件表面形貌对其功能参数的影响规律。在油润滑和干摩擦两种情况下对试件进行表面摩擦学特性实验,分析后得到了多尺度点磨削表面形貌对表面摩擦学特性的影响规律。结果表明:多尺度点磨削表面具有加工可控性;不同表面形貌的零件,其表面功能特性也不相同。可通过控制工艺参数来获得合理的零件表面形貌及纹理特征,以满足零件表面实际应用及功能要求。     

粗糙表面间密封性能研究进展

在微观尺度下的静密封界面表面形貌是粗糙不平的，两粗糙表面上的微凸体在载荷作用下会接触形成孔隙；随着接触压力的减小或观察尺度的增加，当孔隙增加到一定数量时孔隙之间会相互连通形成泄漏通道，影响密封性能。现有的粗糙表面密封分析基于均化思想、逾渗理论和多孔介质思想等方法建立泄漏通道模型，考虑表面粗糙度、表面纹理以及表面载荷等对密封性能的影响。对现有的粗糙表面间密封性能的研究现状进行综述，分析现有的粗糙表面密封研究方法存在的不足之处，指出粗糙表面间密封研究可能的方向，为进一步研究粗糙表面密封机制提供了参考。     

双粗糙平面法向接触建模方法的有限元对比分析

基于统计学方法,Greenwood和Tripp(GT模型)提出双粗糙平面法向接触(双粗模型)可以等效为单粗糙平面与刚性平板之间的接触(单粗模型),但这种等效处理缺乏对接触应力场分析以及材料硬化的考虑。为进一步研究GT模型,基于高斯粗糙表面数字化表征,通过控制自相关长度和滤波方法,得到双粗糙平面及其等效单粗糙平面;借助有限元软件ABAQUS对2组模型法向接触进行建模及分析。结果表明:2组模型预测的接触刚度和接触面积符合较好,但接触压力与接触面积关系存在差异;2组模型预测的等效应力和接触压强的应力幅值以及云图的分布区域大致相近,但双粗模型由于存在大量微凸体侧接触,弱化接触状态以及材料硬化,因而应力幅值偏低。     

基于小波变换的三维粗糙表面分形维数计算方法

基于小波变换提出一种三维粗糙表面分形维数的计算方法。该方法采用小波变换对三维表面形貌数据进行多尺度分解,通过对不同分解尺度下小波系数平方的均值进行函数拟合,继而得到粗糙表面的三维分形维数。为验证提出的方法的正确性与准确性,采用已知参数构建三维分形表面,对不同方法下分形维数的计算结果进行对比分析。对比结果显示,相比原始盒维数法与差分盒维数法,采用提出的小波变换法计算得到的分形维数误差更小。特别是在小波变换过程中选用sym4小波基函数时,分形维数的计算误差最小,误差能够控制在2%以内。将提出的方法应用于磨削表面分形维数的计算,得到了不同粗糙度下磨削表面的分形维数,进而验证了该方法的实用性。提出的方法能够更加精确地计算三维粗糙表面的分形维数,为粗糙表面分形接触模型的构建提供了参数基础。     

采用粗糙集数据融合的车轮踏面擦伤预示诊断

介绍了一种将粗糙集理论与小波分析相结合对车轮踏面擦伤进行融合预示诊断的方法。在分析踏面擦伤危害和多传感器数据融合特点的基础上，将粗糙集理论和小波分析引入多传感器数据融合。该方法采用小波分析对多传感器信号进行多特征提取识别，然后利用粗糙集选择特征，建立诊断规则，从而实现对车轮踏面擦伤的融合预示诊断。     

车削粗糙表面的特征解耦与形貌仿真

结合机床运动学与切削理论,对车削加工过程中表面形貌的影响因素进行了归类概括。基于复杂叠加信号解耦的思想,针对已加工成型的车削表面,采用频谱分析将形貌信号按照波长关系进行划分,得到加工因素对各波段信号幅值的影响规律。解决了直接分析多种加工因素耦合所引起考虑参数缺失与复杂信号分量叠加无法直接解耦的难题。针对相对精细的粗糙表面信号直接提取难度大的特点,按照加工表面粗糙度数值的大小,将粗糙表面划分为粗糙与精细两种类型。从幅值梯度较大,相对粗糙的加工表面形貌成分提取入手,得到各加工成分信息对实际形貌的影响规律。采用相应信号成分对各加工因素信号成分进行代替,实现粗糙表面形貌的提取与仿真。继而将分析得到的信号成分影响规律应用于相对精细粗糙表面信号的分析,最终实现从粗糙表面信号到精细表面信号成分的表征与解耦,为相对精细粗糙表面形貌的预测与仿真提供一种新的方法与思路。最后,结合表面信号特征提取的结果,实现了对车削粗糙表面形貌的仿真,为车削加工表面形貌的预测与车削粗糙表面接触分析提供了实用性的数字模型。     

考虑表面粗糙度的面齿轮齿面接触应力分析

根据齿轮啮合原理,得出了面齿轮的齿面方程,求得面齿轮齿面曲率。结合赫兹接触理论,推导了点接触面齿轮传动接触点的接触应力及应力沿齿面的分布规律,从齿根到齿顶,齿面接触应力先增大后减小,在靠近齿面中点处达到最大值。由粗糙表面接触理论,分析了面齿轮齿面微观弹塑性变形时的接触面积,并得到粗糙齿面接触时面齿轮齿面接触应力及其分布。对比分析了几种不同粗糙度条件下面齿轮齿面接触应力的变化规律,结果表明:齿面接触应力随表面粗糙度的增大而增大,与齿根处相比,齿顶接触应力受表面粗糙度影响更大。文中的分析可为面齿轮磨损及润滑机理的研究提供依据。     

薄膜粗糙表面有摩擦接触问题的数值计算研究

采用ANSYS的APDL语言编程通过参数化变量方式实现了薄膜粗糙表面有摩擦接触问题的整个建模与分析过程,其中包括参数化生成满足高斯分布的随机粗糙表面与计及摩擦因数和薄膜/基体弹性模量比变化情况下的自动有限元分析过程。计算结果表明:当摩擦因数一定时,随着薄膜/基体弹性模量比的增大,应力分布逐渐向基体深处扩展,粗糙表面上各点接触压力一致减小,接触压力峰值减小的最大幅度为9.0%;当弹性模量比一定时,摩擦因数的变化对基体部分应力分布的影响不大,然而随着摩擦因数的增加,粗糙表面上各点接触压力增大,接触压力峰值增加的最大幅度为13.2%,可见摩擦因数和弹性模量比对薄膜粗糙表面的接触应力有明显影响。     

倾斜轴颈轴向运动对粗糙表面径向滑动轴承润滑性能的影响研究

通常对轴-径向滑动轴承进行润滑分析时,均忽略多种因素综合作用下轴颈沿轴承轴线方向的运动状况,与轴-轴承系统中轴承的实际工作状况存在较大差异。以轴-轴承系统为研究对象,综合考虑轴颈轴向运动、表面形貌和轴颈倾斜,基于平均Reynolds方程,建立了耦合轴颈轴向运动的粗糙表面径向滑动轴承润滑模型,主要探讨分析轴颈轴向运动对粗糙表面倾斜轴颈轴承润滑特性的影响。结果表明：倾斜轴颈轴向运动对粗糙表面径向滑动轴承润滑特性影响显著;与不考虑滑动表面粗糙度相比,考虑滑动表面粗糙度时轴颈轴向运动对轴承润滑特性的影响程度有所降低;轴颈轴向速度越小,滑动表面粗糙度对轴承最大油膜压力、承载力和稳定工作力矩影响越大;轴颈轴向速度越小,粗糙度模式对轴承润滑特性影响越显著。因此,对粗糙表面倾斜轴颈径向滑动轴承进行润滑分析考虑轴颈轴向运动的影响是非常必要的。