混合润滑结合面法向接触刚度模型研究EI北大核心CSCD

在实际工作中,机械结合面一般加入润滑介质来减少磨损,因此将结合面微凸体等效为圆锥微凸体,并基于分形理论和改进的W-M函数建立混合润滑状态下结合面法向接触刚度三维分形模型。对模型进行模拟仿真,仿真结果表明:结合面无量纲法向接触总刚度随着分形维数的增大呈现出先增大后减小的趋势,且在分形维数为2.6附近时取得最大值;随着分形粗糙度参数的增大而减小;随着润滑介质的声阻抗增大而增大;混合润滑状态下结合面无量纲法向接触总刚度大于无润滑介质结合面无量纲法向接触刚度;最后与其他模型和试验数据进行对比,模型与试验数据更契合,验证了模型的正确性。混合润滑粗糙表面法向接触刚度模型的提出,为结合面的刚度预测和机械设备的性能优化以及结构改进提供良好的依据。     

临界接触参数连续的粗糙表面法向接触刚度弹塑性分形模型

基于MB接触分形理论及其修正模型,在弹性和塑性接触变形机制基础上,考虑弹塑性过渡变形机制,建立了临界接触参数连续条件下的计及微接触面积分布域扩展因子影响的粗糙表面法向接触刚度弹塑性分形模型;数值仿真结果表明:弹塑性过渡变形机制对法向接触刚度影响明显,且考虑弹塑性过渡变形机制下的法向接触刚度大于仅考虑弹性和塑性接触机制下的对应法向接触刚度;无量纲法向接触刚度随着无量纲法向接触载荷的增大而增大且因分形维数取值不同而呈凸弧性的非线性关系(分形维数D=1.1~1.4)或近似线性关系(分形维数D=1.4~1.9),随着分形维数的增大而增大(分形维数D=1.1~1.5)及分形维数的增大而减小(分形维数D=1.5~1.9),随着分形粗糙度的增大而减小,随着塑性指数的增大而增大。     

混合润滑状态下结合面的法向接触刚度研究

针对润滑条件下机械结合面的接触特性受油膜影响的问题,基于结合面接触刚度由油膜接触刚度和固体表面接触刚度组成的思想,建立混合润滑状态下结合面的法向接触刚度模型。采用三维的Weierstrass-Mandelbrot函数获得具有分形特征的粗糙表面,并基于统计学方法建立干摩擦条件下结合面的法向接触刚度模型,考虑了微凸体的完全弹性变形、弹塑性变形以及完全塑性变形过程。在此基础上,求解了油膜的等效厚度并建立油膜的接触刚度模型。结果表明:结合面的法向接触刚度随法向载荷的增加而增加,且混合润滑状态下结合面的接触刚度大于干摩擦条件下结合面的接触刚度;该模型避免了油膜厚度测量难的问题,为机械结构的润滑状态预测提供了帮助。     

混合润滑状态下结合面法向动态接触刚度与阻尼模型

机械结合面的动态接触特性对评估机床整机性能有着重要的意义.针对混合润滑状态下固定结合面复杂的接触特性,提出了一种结合面的法向接触刚度与阻尼模型.采用三维Weierstrass?Mandelbrot函数获得粗糙表面形貌,并基于分形理论建立了结合面固体部分的接触刚度与接触阻尼模型;根据平均流动的广义雷诺方程建立了液体油膜接...     

结合面切向接触刚度的概率统计模型

该文考虑结合面上微凸体接触为椭圆形接触, 运用弹性力学空间半无限体受载荷变形理论, 并根据椭圆形接触面上压力分布的Hertz理论, 推导出椭圆形接触面的长、短半轴计算式和单个微凸体接触时的切向接触刚度表达式. 建立了结合面上微凸体椭圆形接触面的长、短半轴呈二维正态分布、高度呈正态分布情况下的宏观切向接触刚度模型, 得到了相应的宏观切向接触刚度表达式. 通过数值计算给出了切向接触刚度随结合面的法向载荷、切向载荷、椭圆微凸体的离心率、微凸体分布的相关系数、微凸体测量高度和微凸体分布的标准方差等各影响因素的变化情况, 增大法向载荷可以提高结合面的切向接触刚度, 而切向载荷的增大会导致切向接触刚度的 减小.     

螺栓结合面法向静态刚度特性提取方法研究

针对结合面静态刚度与联接方式、被联接段刚度、结合部刚度密切相关,直接测量、计算结合面静态刚度具有较大困难问题,以螺栓结合面为研究对象,建立螺栓结合面法向静态刚度特性提取方法。通过法向静态拉伸实验与数据分析结合方式,获得结合部刚度;通过优化计算螺栓结合面被联接段刚度,建立被联接段刚度精化解析公式;依托螺栓结合面刚度、被联结件刚度、结合部刚度三者间串联倒数关系,将螺栓结合面法向静态接触刚度从螺栓结合部整体静态刚度中分离;形成确定螺栓结合面有效作用面积方法,完整提取螺栓结合面面压的螺栓结合面法向静态接触刚度非线性特性曲线,为结合面接触刚度深入研究提供新方法。     

基于多尺度下塑性指数模型的结合面接触刚度计算方法EI北大核心CSCD

螺栓连接结合面的接触特性是影响机械系统动静态特性的关键。当结合面处于振动疲劳状态时,会导致阻尼增大和共振频率减小,因此建立精确的栓接结合面接触模型对研究整个机床的动态特性有着十分重要的意义。结合Greenwood和Williamson给出的塑性指数表达式、统计学的粗糙度参数和分形参数,建立了与微凸体频率序数相关的塑性指数模型,从而根据塑性指数得到微凸体弹性-弹塑性-塑性变形的临界频率序数,并基于赫兹接触理论,通过对不同频率区间内微凸体的积分得到整个结合面的接触载荷和接触刚度。最后,通过有限元仿真与试验相结合共同验证了理论模型的正确性,证明该理论模型具有较强的工程应用价值。     

结合面静态接触参数的统计模型研究

基于对粗糙表面形貌统计分析的基础上,综合考虑微凸体的完全弹性、弹-塑性和完全塑性三种变形机制,建立了结合面的接触面积、接触载荷及接触刚度的统计模型。该模型揭示了结合面接触参数与材料性能参数及粗糙表面形貌参数之间复杂的非线性关系。在不同的微凸体高度随机分布及塑性指数条件下,对接触参数进行预估和对比研究。结果表明,修正的指数分布对高斯分布有着较好的近似,而简单的指数分布与高斯分布之间的误差较大,且相差1至3个数量级;接触表面间距减小时,接触参数值均呈现增大的趋势;塑性指数增大时,接触载荷和接触刚度都随之增大,而接触面积的变化较小。     

结合面广义间隙的等效模型研究

为了从微观和宏观相结合的角度研究结合面的动态特性,首先研究了考虑摩擦因素的结合面接触刚度分形模型;然后以组合梁为研究对象,把梁结构及它们之间的结合面重构为由固体-广义间隙-固体系统,即把结合面等效为广义间隙,利用结合面接触刚度的分形模型与材料应变能等效的方法,获得了结合面的广义间隙的材料常数,并据此材料常数进行组合梁的有限元分析;最后,为了进一步确定所建立结合面接触刚度分形模型的正确性和结合面等效方法的合理性,进行了组合梁的模态试验,把有限元分析的结果和实验结果进行比较,结果表明运用这种等效方法来处理结合面是非常合适的,结果也间接地表明了所建立的结合面接触刚度的分形模型是正确的。     

含润滑介质的正交各向异性结合面接触特性研究

提出了一种含润滑介质的正交各向异性结合面法向接触刚度的分形模型。该模型基于含椭圆修正因子的Hertz接触理论,并根据考虑润滑介质的侧向泄漏的平均雷诺方程,推导出固体接触刚度与流体刚度之间的解析关系。通过分析不同因素对结合面的法向接触刚度的影响,发现当无量纲固体真实接触面积小于0.05时,结合面的法向接触刚度受流体刚度的影响较大。随着润滑介质发生侧向泄漏,固体真实接触面积逐渐增大,固体接触刚度对结合面的法向接触刚度的影响越来越显著。给定不同预紧力,对比试验与有限元仿真获得的前三阶固有频率,其最大相对误差为4.11%,证明本文构建的模型可以准确地预测结合面的接触性能。     

粗糙表面微凸体模型构建与接触特性分析

基于粗糙表面形貌测量试验,提出一种采用二次函数回转体等效微凸体的办法,建立微凸体接触半径与接触变形的解析关系,弥补了半球体模型单一曲率半径的缺陷;然后根据几何模型,重新推导出单个微凸体在弹性、弹塑性和完全塑性三种变形阶段的接触表达式,并应用接触力学理论和概率统计方法,建立粗糙表面的微观接触模型;最后将所建模型与CEB模型、ZMC模型以及KE模型的仿真结果进行了对比,验证了所建模型的有效性,并揭示了塑性指数、微凸体尺寸参数对接触特性的影响规律。研究表明:相比于半球体模型,二次函数模型对微凸体轮廓的拟合效果更好,能够在载荷较大的情况下,更加精确地进行结合面接触特性分析;塑性指数是影响接触刚度的主要因素,塑性指数越大,其接触面积越小,抵抗变形的能力越弱;微凸体尺寸参数对接触刚度的影响较小,微凸体直径与高度的比值越大,接触面积和接触刚度越大。     

考虑基体变形的结合面连续光滑接触刚度模型

结合面的接触刚度直接影响着机床整机的静、动态力学性能和精度保持性水平。在弹性、弹塑性以及完全塑性接触变形过程中,延续微凸体接触状态变量具有连续且光滑特性的思想,利用Hermite多项式插值函数,建立单个微凸体法向接触刚度模型。考虑到基体变形的影响,在微凸体的3个变形阶段分别引入了基体的弹性接触变形,通过统计学方法,建立了一种考虑基体变形且连续光滑的结合面刚度模型。对比分析了GW、ZMC、KE、Brake模型与该文模型之间的差异,并揭示了表面粗糙度对接触刚度的影响规律。研究表明:考虑基体变形时所获得的接触刚度和接触载荷比忽略基体变形时的要小,且随着表面粗糙度的减小,基体变形的影响快速增加;接触载荷与表面粗糙度是影响结合面接触刚度的2个主要因素,随着载荷的增大或表面粗糙度的减小,接触刚度随之递增。     

机械结合面接触刚度超声波检测方法研究

针对检查机械产品结合部接触刚度特性的需要,进行超声波测量结合面接触刚度与超声波检测频率相关性的研究,基于简单弹簧模型设计一种用超声波测量两钢块结合部接触刚度的实验方案。实验结果表明:超声波反射系数随超声波频率增大而增大;作用于结合面的压力较小时,超声波测量接触刚度随频率没有明显变化;作用于结合面的压力较大时,超声波测量接触刚度随频率有一定波动。在结合面上加入润滑油,模拟工程实践中结合面状态,实验结果表明:因结合面上油膜的存在,在同样大小压力作用下超声波测量的接触刚度相对无油膜时增大。通过以上分析可知简单弹簧模型是有效的,机械结合面处的相互作用可用一个刚度可变的弹簧等效。     

粗糙结合面法向接触的能量耗散与阻尼特性研究

为了能够预测粗糙结合面法向接触的能量耗散和阻尼的变化规律,在Hertz和Abbott-Firestone经典接触模型的基础上,提出了一种加载-卸载混合弹塑性接触模型。首先,研究单个微凸体在完全弹性和塑性接触状态下的受力特性,推导出混合弹塑性状态下接触面积和力的数学表达式,进而研究能量变化规律和接触阻尼特性。然后,通过文献中的实验数据,并且和完全弹性、塑性状态下的接触模型进行对比,验证了该模型的有效性。在此基础上,分析能量耗散和法向接触阻尼与法向变形量、硬度以及硬度指数的关系。结果表明,结合面能量耗散随着法向变形量的增加而变大,而法向接触阻尼随之减小;在法向变形量一定时,接触阻尼随着材料硬度的增加而变大,而硬度指数的影响很小。     

界面分形参数对法向接触刚度影响的研究

基于最小二乘法将分形表面简化为三角函数的叠加,采用弹塑性有限元方法计算界面的接触刚度,定量表征了法向接触压力、法向接触变形及法向接触刚度的关系,研究结果揭示了粗糙面分形维数和特征尺度参数对法向接触刚度的影响机制.结果表明:存在基体最优建模厚度,可有效提高粗糙面接触刚度的计算效率;法向接触刚度随法向接触变形及法向接触压力...     

基于分形的三维粗糙表面弹塑性接触力学模型与试验验证

基于分形几何理论,利用双变量的Weierstrass-Mandelbrot函数模拟三维分形粗糙表面,建立了三维分形粗糙表面弹塑性接触模型。推导出各等级微凸体发生弹性、弹塑性以及完全塑性变形的存在条件。确定了粗糙表面上各等级微凸体的面积分布密度函数,获得了总接触载荷和真实接触面积之间的关系式。计算结果表明：单个微凸体的临界接触面积与其尺寸相关,随着微凸体等级的增大,微凸体的高度和峰顶曲率半径减小。微凸体的变形顺序为弹性变形、弹塑性变形和完全塑性变形,与经典的赫兹模型保持一致。粗糙表面的力学性能仅与最小等级及后续的6个等级微凸体相关,其余微凸体基本上对整个粗糙表面的力学性能影响很小。最后对粗糙表面的接触力学性能进行了试验测试,验证了该模型的合理性与正确性。     

计及塑性接触层的法向接触刚度等效方法

采用典型的粗糙体——刚性面接触模型,针对完全弹性和理想弹塑性两种材料,分析了一般法向接触刚度等效方法是否准确,发现了一般方法在处理弹塑性接触时存在较大差并揭示了其中的本质原因。通过引入界面接触层,提出了接触界面等效的新方法并验证了其准确性,最终实现了对原系统的准确动力等效。通过实例采用两种等效方法对比分析了对动力系统振动特性的影响,为工程实际中含接触界面系统的动力学研究提供了参考。     

车削粗糙表面法向接触刚度仿真研究

为准确获取车削粗糙表面法向接触刚度,运用有限元方法开展接触仿真研究.基于车削运动学原理,实现车削表面微观形貌点云数据的获取.运用逆向建模方法实现特征曲面与三维模型的构建.采用ABAQUS有限元仿真软件对三维模型进行接触分析,得到法向接触刚度有限元仿真结果.为验证该文方法的准确性,引入KE模型的理论解析结果进行对比.对比...     

基于超声和图像的法向刚度测量方法分析

工程应用中接触界面法向刚度的检测一般采用超声法和图像法,但是采用不同检测方法对结果的影响并未深入研究。设计并搭建了一套能同时进行接触界面法向刚度超声和图像测量的实验平台,实验结果表明图像法检测刚度结果低于超声法,更接近于仿真结果。从实验原理上分析了不同检测方法对结果的影响,更深入地分析了接触界面测量机理,为工程应用中结合实际工况选用合适的检测方法提供参考。     

法向接触刚度对装配体振动模态影响的研究

在对装配体进行模态分析时,装配体接触面间的法向接触刚度对计算结果具有很大影响,但在实际中由于处理困难却往往被省略。基于有限元建模方法分析了装配体接触面法向接触刚度对装配体振动模态的影响。首先,根据接触力学理论推导了法向接触刚度与接触表面粗糙度和接触应力之间的关系;然后,探讨了通过改变层单元弹性模量来模拟法向接触刚度的有限元建模方法;最后,通过算例分析了考虑与不考虑接触刚度时振动模态的差异。研究结果表明,考虑法向接触刚度的有限元等效模型计算结果与解析解非常接近,不考虑接触刚度的整体模型计算结果与解析解异较大,一般超过了10%以上,且频率越低差异越大,另外振型也有明显差异。本文建立的有限元建模方法可用于研究法向接触刚度对装配体振动模态的影响。