粗糙表面切向接触刚度概率分析方法

针对粗糙表面微凸体的多样性引起的接触切向刚度的变化,提出粗糙表面切向接触刚度概率分析方法.基于Hertz理论和GW模型,考虑微凸体接触半径与高度均服从正态分布,得到各自的概率密度函数.运用接触力学和统计学原理,计算粗糙表面微凸体的个数,建立粗糙表面切向接触刚度的概率统计模型.采用控制变量法,研究外界载荷、摩擦系数和统计参数对切向接触刚度的影响,与同种工况下分形模型的计算结果与实验结果进行对比.研究结果表明粗糙表面切向接触刚度与法向载荷和摩擦系数成正相关,与切向载荷成负相关;微凸体之间高度或接触半径的正态分布标准差越小,切向接触刚度越大.这与同条件下分形模型及实验得到的结果趋势相一致.     

尺度相关的分形粗糙表面弹塑性接触力学模型

依据分形理论,研究了粗糙表面间的真实接触状况,建立了粗糙表面间的分形接触模型。考虑微凸体的等级,确定了弹性临界等级、第一弹塑性临界等级和第二弹塑性临界等级的表达式,研究了粗糙表面中单个微凸体的弹性、弹塑性及完全塑性变形的存在条件,推导出各个等级微凸体的临界接触面积的解析式。在此基础上应用微凸体的面积分布密度函数,获得了接触表面上接触载荷与真实接触面积之间的关系。计算结果表明:单个微凸体的临界接触面积是和微凸体的尺度相关,随着微凸体等级的增大而减小;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,与传统的接触模型一致;在整个粗糙表面接触过程中,粗糙表面变形过程与单个微凸体的变形过程一致;最大微凸体所处的等级范围不同,粗糙表面所表现的力学性能也不相同。     

抗浮锚杆锚固界面渐进性破坏失效细观力学模型

为了从微观上获得抗浮锚杆锚固界面渐进性破坏失效机理,提高抗浮锚杆的承载能力,基于微凸体侧接触理论,分析了锚固界面的细观力学机理,揭示了微凸体在弹性阶段、弹塑性阶段和塑性阶段,其法向分力、切向分力分别与变形之间的变化规律,从细观层面上建立了抗浮锚杆的抗拔承载力力学模型。结果表明：在弹性、弹塑性阶段,无量纲法向分力和切向分力随Z方向上的无量纲变形量呈非线性变化,而在塑性阶段近似呈线性变化;在相同的无量纲变形量下,无量纲法向分力和切向分力与接触角度有关系。利用微凸体接触力学,进行仿真模拟分析,为研究抗浮锚杆锚固界面渐进性破坏失效提供了一种思路。     

粗糙表面弹塑性微接触模型分析与改进

为了准确描述粗糙表面微接触特性,对比分析现有插值多项式类和幂指函数类微接触模型存在的不足,采用量纲归一化方法,提出一种考虑材料属性的弹塑性微接触改进模型. 与现有模型相比,改进后的微接触模型在屈服临界点和全塑性临界点处具有良好的连续性和光滑性,且考虑了材料泊松比对最大接触压力因子的影响. 结果表明：较经典的KE模型和Lin模型,提出的模型能够连续、光滑和单调地描述微接触特性;微凸体接触面积与材料泊松比无关,且不受最大接触压力因子取值的影响;微凸体的平均接触压力、接触载荷和接触刚度与材料泊松比相关,且与最大接触压力因子成正比.     

粗糙表面接触问题的数值计算研究

基于Ausloos和Berman提出的推广的W-M函数对具有不同粗糙度参数的分形表面进行仿真模拟.同时,基于前人的理论研究,在模拟的分形粗糙表面基础上建立了微尺度粘着弹塑性接触模型.通过数值模拟,得到了给定条件下各个微凸体上的载荷、真实接触面积、接触斑点尺寸和平均接触压力的分布情况.建立的模型考虑各个微凸体具有不同的峰顶曲率半径,当变形足够大时考虑微凸体间的相互作用,因而较前人建立的模型更符合工程实际,同时也对与分形特征相关的摩擦学模型的进一步研究具有一定的指导作用.     

干气密封摩擦副启停阶段摩擦特性的仿真研究

针对干气密封非稳态下摩擦特性对密封性能的影响进行研究,考虑动、静环材料属性,微凸体之间的相互作用以及摩擦热流耦合,建立了三维粗糙实体与理想光滑刚体滑动摩擦热力耦合模型。运用ANSYS软件数值模拟了摩擦热以及应力变化规律。研究发现,粗糙表面最高接触温度随滑动时间增加呈逐步上升趋势,并且温升呈 现了一定的波动性;粗糙表面的VonMises等效应力分布极其不均匀呈非线性变化;同时,还发现最大x 方向应力分量σxx 并未出现在最高接触微凸体上;在沿三维粗糙实体厚度方向存在一拉应力区,随着滑动时间的持续,拉应力区有一定程度扩大。从而说明两端面间的温升和波动性以热传导为主要影响因素,应力的变化是由于微凸体发生了弹塑性变形。研究成果为今后干气密封启停阶段特性研究以及参数优化奠定了基础。     

全滑移下球形粗糙表面的弹塑性接触模型

为研究硬盘磁头和盘面的碰撞接触问题,提出了一种全滑移接触条件下,球形粗糙表面与理想刚性平面的弹塑性接触模型．通过数学建模与MATLAB仿真,分析了球形粗糙表面弹塑性接触状态下接触载荷、实际接触面积和法向接触分离、塑性指数之间的函数关系,并在不同塑性指数条件下,与理想光滑表面模型、CEB (Chang-Etsion-Bogy) 模型及全粘着条件下的CKE (Cohen-Kligerman-Etsion) 模型进行对比．结果表明:本模型在计算接触面积与接触载荷上比CEB模型及CKE模型更加准确．     

弹塑性微峰接触的部分膜点EHL数值分析

在部分膜EHL润滑下,磨擦副表面微峰接触状况对零件表面应力及失效形式有直接的影响,为此,在部分膜点接触EHL模型中引入更符合实际的表面微峰弹塑性接触模型来考察微峰接触载荷;并应用多重网格法针对多种表面微峰结构参数的影响进行了完全数值分析。结果表明,粗糙度对油膜的影响和表面纹理方向有关;相同粗糙度情况下,纵向纹理表面的接触载荷＞各向同性纹理表面的接触载荷＞横向纹理表面的接触载荷,表面粗糙度大时,峰顶参数对油膜压力和微峰接触压力有一定的影响,而对油膜形状影响甚微;表面越粗糙、表面凸峰越尖锐,微峰接触载荷则越大。     

各向异性粗糙表面的接触性能研究

本文通过对Onions-Archard的理论接触模型进行扩展,研究了由指数衰减可分自相关函数和高斯高度分布函数模拟的各向异性粗糙弹性表面和光滑表面接触时的接触性能,将粗糙表面润滑效应研究中常用的表面模拟方法和粗糙表面接触性能研究的理论模型联系了起来。在单个微凸体接触参数计算中,引进了适当的近似公式,简化了不同椭圆比时的接触参数计算,计算结果表明,当椭圆比1/γ>1时,各向异性粗糙表面的接触载荷,接触面积和平均接触压力均小于各向同性粗糙表面的值。     

关节轴承中微凸体的热分析

为研究关节轴承内外圈摩擦副上微凸体在相对滑动过程中的摩擦热问题,建立半球状微凸体相对光滑平面滑动的模型,对点热源导致的温升进行积分,计算关节轴承内外圈在微凸体接触面处的稳态温升分布. 分别计算微凸体在弹性接触与塑性接触状态下接触面的稳态温升分布,并研究了在不同角速度和载荷下接触面沿速度方向的温升变化. 给定在一定范围内变化的载荷及速度,分别计算绘制出了两种不同型号关节轴承中的微凸体在接触区的最大闪温图. 计算结果表明:内圈微凸体在接触区的温升是对称分布的,最大温升位于接触面的中心点,外圈接触区后沿的温升大于前沿的温升,最大温升出现在中心点偏后沿的位置. 轴承角速度或微凸体载荷越大,接触区的温升越大. 在低速重载工况下,微凸体的最大闪温值较小;而在高速情况下,微凸体的最大闪温值较大. 关节轴承在工作时应注意载荷和角速度的控制,防止因微凸体摩擦生热过多从而造成轴承使用性能受损.     

塑性接触对表面形貌的影响

针对工程中许多接触表面(如机床静结合面)的接触特性(如接触面刚度等)都决定于塑性接触后的表面形貌的情况,本文研究了塑性接触对表面形貌的影响,提出了相应的计算模型,并考虑了法向载荷与切向载荷的影响。该模型不仅为研究静结合面(这种结合面塑性接触后的表面形貌是无法测定的)接触特性提供了有效方法,而且对于合理选择精整加工的最佳工艺参数具有指导意义。     

考虑表面膜及热效应时粗糙表面的塑性指数和接触性能

本文考虑界面摩擦力对粗糙表面接触性能的影响以及摩擦副表面间存在相对滑动时界面的局部高温对表面膜的影响,推导了考虑摩擦力后粗糙表面塑性指数的表达式,并对粗糙表面的接触性能进行了研究,研究结果表明:摩擦力的存在将影响粗糙表面的塑性变形特征。这种影响将随椭圆比的增加而增加,在研究摩擦表面变形特征时必须考虑这一影响。本文提供的修正塑性指数表达式为进行滑动接触时的接触性能分析提供了有力的工具。     

M-B弹塑性接触模型的修正

根据Wang的观点,将M-B弹塑性接触模型中的完全弹性、完全塑性两种变形形式,转变为完全弹性、弹塑性和完全塑性三种变形形式,得到了M-B模型的修正模型.仿真结果表明,对于载荷与接触面积关系的分析和预测,低载荷下采用原M-B模型、中等载荷下采用本文作者修正模型、而高载荷下采用G-W模型较为合适.     

Anovel profile error model to calculate contact error

A new profile model based on multi-scale asperities is developed and contact error is calculated.After stratified sampling, the model can get the distribution law of entity points on each cross section.Asperity radius of curvature is estimated by the relationship between circle radius and the section interval. Contact error is related to surface form error. A model equation of contact error plane is calculated through a method based on static equilibrium theory. Three contact asperities which determine the contact error plane on the rough surface are studied. The simulation results show that contact error can be accurately calculated according to the profile error model.     

砂土的应力路径损伤本构模型

在工程荷栽范围内,不计砂土骨架颗粒的变形,骨架的变形实际是颗粒接触面变形的总和.骨架的变形主要受土颗粒之间的联结方式控制,论文将土颗粒之间的联结方式分为完善联结和滑动联结.在弹性变形阶段,颗粒之间的联结为完善联结,随剪应力的增大,骨架中一部分完善联结逐渐变成滑动联结,这种转变即为损伤的演化.骨架的损伤和破坏遵循Mohr-Coulomb准则,在p-q平面中以应力点到初始损伤线和破坏线的相对距离表示损伤比,论文给出了一种描述骨架损伤和计算损伤演化的方法,进而提出了一种描述砂土变形行为的损伤本构模型.模型中的参数可根据常规三轴剪切和等应力比固结两种应力路径试验确定,模型的形式简单,可适用于复杂的应力路径情况.对试验结果的拟合表明该模型能较好地反映砂土的主要变形特征--非线性、弹塑性和剪胀性.     

GCr15轴承钢中丝形磨损产物的观察与分析

通过对ＧＣｒ１５钢干滑动磨损试样表面磨痕形貌进行扫描电子显微镜观察，发现了一种非常细的形如丝线的磨损产物，透射电子显微镜研究表明，这种丝形磨损产物具有非晶态结构，是熔融磨损表面凸峰分离时因受以激冷而形成的。