车削真实粗糙表面的弹塑性接触有限元分析

目前表面模型主要以统计数学方法和分形方法居多,不能真实的反应表面特征.通过Wyko NT1100形貌测量仪获得车削表面的形貌数据,利用最小二乘法对Bad点和噪声点进行拟合插值处理,然后通过逆向建模得到真实粗糙表面模型,运用有限元方法,研究了弹性阶段和弹塑性阶段无量纲化接触面积和位移随无量纲化载荷的变化关系.结果表明:利用测量数据格式与CATIA V5之间联系,可以建立真实粗糙表面的模型;在弹性接触阶段,无量纲化接触面积和位移与无量纲化载荷之间近似成线性关系;而在弹塑性接触阶段,当弹塑性切向模量Et较大时,无量纲化接触面积和位移与无量纲化载荷之间才近似成线性关系.当载荷一定时,Et越小,接触面积和位移越大,对于一定接触面积和位移的载荷也越大.     

弹塑性粗糙表面实际接触面积演变规律研究

粗糙表面的实际接触面积直接影响精密机电设备配合表面的摩擦因数、热导/电导率、接触应力等.然而,针对弹塑性接触行为进行系统性地研究很少,弹塑性粗糙表面实际接触面积的演变规律尚不明确.针对这一问题,通过理论研究获得了弹塑性粗糙表面实际接触面积的影响因素,并引入弹塑性接触力学数值计算方法,对具有不同材料参数和表面形貌特征的弹...     

粗糙表面弹性微动接触数值研究

由于实际工程表面多为粗糙表面,这里研究了粗糙表面对微动接触中压力和切向应力的影响.研究接触过程中法向载荷保持不变,切向载荷为周期性的交变载荷.首先,建立接触算法和模型,其算法核心是利用共轭梯度法(CGM)计算微动接触中的表面压力及切向应力并使用快速傅里叶变换(FFT)加快计算速度.然后,在验证算法正确的基础上,分析正弦...     

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。     

基于原位观测的固体表面真实接触面积计算

为获得固体粗糙表面实际接触面积和表面形貌,设计一个能够原位光学观测和分析固体粗糙接触界面名义接触区域和实际接触区域的测量装置。采用该测量装置获得不同直径金属小球与玻璃平板在不同载荷作用下的接触图像,采用Canny算子等图像处理方法对金属小球与玻璃平板相互接触产生的牛顿环进行边缘提取和灰度阈值分析,获得接触界面名义接触面积和实际接触面积随小球直径和载荷的变化规律。实验结果表明:粗糙接触界面的名义接触面积随载荷的增加而增加;实际接触面积与名义接触面积之比随载荷和小球直径的增加而非线性增加;在塑性变形阶段,直径较小的金属小球名义接触面积随载荷变化较为敏感,而在弹性变形阶段,则直径较大小球变化剧烈,与Hertz接触理论相符合。该实验装置还可进行接触界面的摩擦学特性分析,如表面形貌、边界膜厚度和磨粒构造等。     

考虑摩擦切向力的弹塑性粗糙表面接触模型

基于接触微凸体由弹性变形向弹塑性变形及最终向完全塑性变形的转化皆是连续和光滑的假设,提出一种综合考虑弹塑性变形以及摩擦切向力等因素的新型粗糙表面接触模型。通过分析不同塑性指数以及载荷条件下该模型与ZMC模型以及GW模型预测。结果发现:在低塑性指数、小法向接触载荷情况下,该模型预测的真实接触面积相比ZMC模型偏小,甚至比GW模型预测的真实接触面积偏小,但是随着法向接触载荷的增加,该模型预测的真实接触面积逐渐增大,并超过ZMC模型以及GW模型预测结果;在高塑性指数下,该模型预测的真实接触面积即使在小法向接触载荷情况下也相比ZMC模型以及GW模型预测的真实接触面积大,且随着载荷的增加,真实面积之间的差距也逐渐增大;随着塑性指数的增加,该模型预测的真实面积超过GW模型以及ZMC模型预测值的临界载荷逐渐减小。     

三维分形粗糙表面的修正接触模型

基于分形理论,建立了粗糙表面的接触行为预估模型,采用了包含弹性、弹塑性和塑性全状态的微凸体接触模型并将其扩展到粗糙表面接触问题,实现了对传统二维分形粗糙表面接触模型的修正,构建了三维分形接触模型。通过计算结果与实验数据的对比可知:修正后的三维分形接触模型(修正Y-K模型)的计算结果与实验测试值比较接近,而Y-K模型的计算结果则与实验值相差甚远,尤其是在载荷较大时。修正Y-K模型的结果虽然与实验值有一定差距,但相较Y-K模型已有了相当的改善,为分形接触计算提供了更为准确的理论方法。     

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.     

含涂层真实粗糙表面的弹塑性接触特性研究

运用有限元法、线性规划法和塑性增量理论对含涂层真实粗糙表面的弹塑性接触问题进行了分析。通过改变涂层材料的弹性模量、屈服极限及涂层厚度，研究了不同条件下接触面积与接触压力、平均间隙与接触压力的关系及变化规律，给出了3种数值方法的解与弹性解的比较，分析了各主要因素对接触压力、接触面积及平均间隙的影响。     

弹性状态下粗糙表面的法向接触刚度

粗糙表面接触问题是一类重要和具有实用价值的实际工程问题。采用Hertz理论和粗糙表面随机接触模型,研究弹性状态下粗糙表面法向接触刚度,推导出在不同接触体的法向接触刚度公式。由推导的理论公式可知,粗糙表面在随机接触模型中接触刚度跟载荷成正比,与表面粗糙度均方值成反比。     

新的粗糙表面弹塑性接触模型

提出一种新型的粗糙表面弹塑性微观接触模型.该模型的建立基于接触力学理论和接触微凸体由弹性变形向弹塑性变形及最终向完全塑性变形的转化皆是连续和光滑的假设.研究单个微凸体在载荷逐渐增加时的变形规律,并重点推出弹塑性变形区间的接触方程.在此基础上应用概率统计理论导出了粗糙表面的接触载荷、平均分离和实际接触面积之间的数学关系式.在不同的塑性指数和载荷条件下,该模型与GW弹性模型和CEB弹塑性模型就实际接触面积和法向距离的预测结果进行了对比.结果表明,在同样塑性指数和载荷条件下比GW模型预测的实际接触面积大但法向距离小,且两者的差距随塑性指数和载荷的增加而增大.因此该模型的预测结果更加符合人们的试验观察和直觉,能够更加科学和合理地描述两个粗糙表面的微观和宏观接触状态.     

粗糙表面三体接触理论研究

摩擦表面间往往存在着硬质颗粒从而形成三体接触,而以前关于表面接触的理论和试验研究都停留在二体接触。通过理论分析得到了三体接触中接触副表面间距离、塑性变形量与第三体的粒度分布、外载荷、接触副表面微观几何参数及材料硬度间的关系,并进行了相应的数值计算和分析。结果表明,选择合适的表面粗糙度可使接触副的塑性变形量最小。     

粗糙平面接触刚度的研究

从材料表面微观特征的分析着手，采用弹性接触理论和概率分析方法，对两个粗糙平面间的接触刚度问题进行了研究，提出了一种表面接触刚度的理论计算方法，给出了相应算例，计算结果表明，本文提出的方法是有效的。     

具有界面热阻的接触传热耦合问题的数值模拟

发展了基于界面热阻本构模型的热接触耦合问题有限元分析的新算法。对接触边界的热交换分析采用压力相关的传热本构模型,为考虑力学-传热之间的耦合特性,建立两类变分方程,一类是热力学变分泛函,其考虑接触区域对结构热传导的影响。另一类是热弹性接触分析的参数变分原理,可以方便地对接触问题进行求解。文中给出有限元分析的离散公式,并进一步给出进行两类问题耦合分析的迭代算法,其中接触分析的惩罚因子是可以消除的。数值结果在验证文中算法的同时证实了耦合分析的重要性。     

滚动轴承弹性接触动态特性有限元分析

滚动轴承弹性滚动接触动态特性直接影响转子系统的精度及动态特性,针对滚动轴承弹性滚动接触动态特性问题,以深沟球轴承61914为例,在同时考虑内环、外环、滚珠及保持架变形的情况下,建立滚动轴承三维弹性滚动接触有限元模型,采用有限单元法计算滚动轴承在不同转速、径向力及轴向力等载荷工况下滚动轴承的接触应力及滚珠与内环的运动状态。结果表明,有限单元法能在满足高精度计算的情况下求解各种复杂工况下的滚动轴承动力学特性,为进一步研究滚动轴承弹性滚动接触动态特性提供有力的研究方法。     

液压机工作缸的弹性接触研究

利用求解三维弹性接触问题的数值方法,研究液压机工作缸与横梁的接触内分布及横梁刚度等各种因素对分布的影响,从而得出一些对于液压机设计、安装具有重要实际意义的结论。     

二维自适应粗糙表面弹塑性接触模型

提出一种基于自适应粗糙表面描述的弹塑性接触模型。根据某一给定阈值,去除粗糙表面上对接触力学行为影响较小的结点以减少计算时间。采用在计算区域划分及结点排布上较为灵活性的无网格伽辽金—有限元耦合方法求解自适应粗糙表面弹塑性接触模型。算例表明,当接触压力相对误差约为5%时,自适应接触模型的计算时间相对于非自适应接触计算可减少约50%。分析不同阈值对接触压力分布、接触间隙及接触体弹塑性应力分布的影响。     

CHARACTERIZATION OF EFFECTIVE TIRE CONTACT AREA FOR VARIOUS TREAD PATTERNS

The effective tire-pavement contact area affects the relative damage of asphalt pavement and should be incorporated in both mechanistic and empirical response analyses of pavements. A new machine called ROTOCOM Wheel Tracker (RCWT) was designed and fabricated to capture the effective tire contact area apart from slab compacting, and conducting simulative laboratory wheel tracking tests. The main focus of this paper is laboratory measurement of effective tire contact areas for various tread patterns. Seven tire treads were selected for the footprint image analyses at five tire loads and four tire inflation pressures. An image processing MATLAB-based program was coded to calculate the contact areas of the 280 imprints obtained from both sides of the RCWT. Factorial analysis indicated significant effects of tire tread, tire load, and inflation pressure on the resulting contact area. Comparison between effective and traditional contact areas indicated that the current pavement design procedure with traditional circular contact area extremely overestimates the actual tire-pavement contact area up to 92%.     

两任意轮廓弹性体接触应力计算的分形模型研究

为深入探求两任意轮廓弹性体接触的表面应力状态,在传统接触理论和新型分形接触模型理论的基础上,建立两任意轮廓弹性体接触应力计算的分形接触模型,并通过两球体的应用模型实例预测该模型,证明模型的正确性。该模型综合考虑两任意轮廓弹性体的微观因素和宏观特性对接触应力的影响,保证应力计算结果准确性更高,为进一步相关产品的接触应力计算提供新的理论方法。     

某型坦克齿轮接触疲劳强度可靠性的Monte Carlo数值模拟

利用MonteCarlo技术与X^2检验,模拟和检验某型坦克传动箱主动齿轮接触应力与接触疲劳强度分布规律,表明接触应力服从正态分布,接触疲劳强度服从三参数威布尔分布。基于应力、强度分布规律的模拟结果,进一步由Monte Carlo方法模拟得到齿轮接触疲劳可靠度在0．99以上。Monte Carlo模拟计算精度取决于模拟次数,当模拟次数达到10^4时,可靠度的模拟误差小于10^-3。对随机参数的敏感性分析表明,影响接触疲劳可靠度的最主要的参数是节点区域系数ZH和材料的疲劳极限应力σHlim。提高齿轮加工精度和选用疲劳极限应力σHlim。较高的材料都会有利于提高坦克传动箱主动齿轮的接触疲劳可靠性。