三维高斯粗糙表面数字化模拟方法

粗糙表面的数字模拟是工件接触性能研究的前提与基础。针对现有粗糙表面模拟方法的不足,提出一种新的三维高斯粗糙表面数字化模拟方法。根据设定的自相关函数矩阵构造求解转换矩阵的非线性方程组,采用改进的非线性共轭梯度法进行求解,根据得到的转换矩阵对随机矩阵进行变换,得到三维高斯粗糙表面的高度分布。最后利用提出的方法模拟了各向同性、异性两种高斯粗糙表面,通过对比分析模拟粗糙表面自相关函数,验证了该方法的有效性。     

纳米级粗糙表面接触行为的分子动力学模拟

为了研究纳米级粗糙表面接触的微观机理,以金刚石为例,采用Tersoff势,用分子动力学方法研究了具有分形粗糙表面的刚性球形探头与弹性平面的接触过程.模拟结果显示,探头的表面形貌是影响趋近阶段粘附力的重要因素,分形维数越大,粘附力越大;探头的表面形貌对载荷-位移曲线也有影响,载荷较小时,探头表面粗糙形貌显著影响载荷的增长规律,载荷较大时,表面形貌对载荷-位移曲线变化的影响不再显著,载荷与位移线性增长;探头表面的纳米级粗糙峰,显著地影响了探头与基体之间的接触行为.但这种改变,并不会影响接触过程中真实接触面积与法向载荷间的线性关系.     

各向异性自相关长度对三维计算机模拟表面参数的影响

目的研究计算机模拟过程中不同自相关长度对重构后表面表征参数的影响。方法采用新FFT方法,保持特定参数(高度均方根、偏态、峰值)不变,对不同自相关长度(3、10、30、100)在两个方向上的不同组合,进行了共16次三维粗糙表面形貌计算机模拟实验,并从不同方向自相关长度组合的角度,对与形貌特征关联度较高的参数影响进行了分析。结果算数平均峰曲率、峰密度、均方根斜率总体上和两个方向上的自相关长度呈负相关,而最快下降自相关长度与两个方向上的自相关长度呈正相关,纹理高宽比与两个方向的自相关长度是否接近有关,其中峰密度、最快下降自相关长度都对不同自相关长度中的较小自相关长度比较敏感,而对较大自相关长度的变化反应较小,算数平均峰曲率、均方根斜率则表现出相同的较高敏感性。结论表面表征参数中的高度分布参数和自相关长度没有关系,而结构比例方面的参数和自相关长度关联显著。     

改进的粗糙表面线性变换重构方法

目的 设计一种改进方法,解决线性变换法无法实现任意偏斜度S_sk和峭度S_ku组合的粗糙表面重构,以及无法保证表面高度极值特征参数(包括最大高度S_z、最大峰高S_p和最大谷深S_v)精度的问题。方法 通过求解表面高度概率密度函数,代替线性变换法的Johnson转换,构造符合指定高度分布的非高斯序列,并利用时频迭代法保证重构表面高度参数的精度,在此基础上,设置特定的S_sk和S_ku理论值,以证明所提改进方法的优越性,并将重构喷丸表面和磨削喷丸表面与相应实测表面进行对比,验证改进方法的合理性。结果 改进方法对任意S_sk和S_ku组合的粗糙表面均能准确重构,且可以保证表面高度极值特征参数的精度,最大误差不超过5%。此外,基于时频迭代法,改进方法有效避免了线性变换法中线性变换带来的原理性误差,重构表面的精度高且鲁棒性好,利用改进方法重构的喷丸表面和磨削喷丸表面,其高度分布、自相关函数均与实测表面吻合良好,相关粗...     

粗糙表面化学反应动力学模型

根据Mandelbrot的分形几何概念,建立了流体在粗糙表面进行化学反应的动力学模型。该模型的无量纲表面式为1-（1-X）^1-βDs/3=t/t1,式中X为转化率,β为浓度级数,Ds为分形维数,t1为完全化学反应时间,该模型适用于描述焦炭气化反应速率过程,相应的表观激活能为54.814KJ/mol,与传统的收缩核模型相比,分形模型与实验数据的符合程度更好、物理意义更清晰,传统的收缩核模型只是分形模型在规整几何条件下的特殊形式。     

行波磁场铸造表面粗糙缺陷的成因与控制

分析了行波磁场铸造表面粗糙缺陷的形成原因,提出了双边电磁感应器法、三相换位法、增加极数法、补偿线圈法、增设溢流冒口法等5种控制方案,并通过ANSYS软件模拟验证了理论分析的可行性.     

球头铣刀加工表面纹理预测与分析

为了预测球头铣刀加工表面纹理特征,针对球头铣刀几何特点,建立表面形貌仿真模型,对影响表面纹理的主要因素进行了分析,并通过仿真和试验研究了每齿进给量fz、行距p、恒定相位差Δθ的不同组合对切削加工表面纹理分布与方向的影响规律。结果表明:不同的加工参数组合下表面纹理形式有所不同,加工参数相同时相位差的变化导致表面纹理分布与方向发生改变,试验结果与仿真结果具有很好的一致性。研究结果为预测表面纹理提供了依据。     

双粗糙表面的微动磨损行为研究

目的 建立符合实际情况的粗糙表面微动磨损模型,准确揭示连接结构的磨损机理.方法 利用ABAQUS有限元软件中的UMESHMOTION子程序和能量耗散模型,建立粗糙表面的微动磨损模型,并探究不同表面粗糙度、材料和振动频率对粗糙表面微动磨损的影响.结果 在外部载荷、振动频率和材料相同的情况下,下试件表面粗糙度为0.2μm的...     

机器人减速器传动粗糙表面接触参数研究

针对机器人减速器传动界面广泛存在的粗糙表面接触特性开展相关研究。以GW接触模型为基础,考虑粗糙峰接触过程中相互作用的影响,对它进行修正得到新的模型。采用修正模型计算粗糙表面接触载荷并推导出接触刚度,然后与原始GW接触模型的计算结果进行对比。在进一步的研究中,讨论了不同表面粗糙度与不同接触表面材料对接触载荷与接触刚度的影响。结果表明：粗糙表面接触参数不仅受粗糙峰相互作用的影响,还与粗糙度与接触表面材料有密切的联系。     

粗糙表面铁磁性圆棒材裂纹自动检测

在前人对光洁表面铁磁材料漏磁检测的基础上，给出了用漏磁法检测粗糙表在铁磁材料的设计方案及试验结果。     

刀具表面不同角度正弦型沟槽织构的数值模拟与实验研究

目的 分析刀具表面正弦型沟槽织构不同角度对接触表面摩擦学性能的影响。方法 利用激光加工设备在硬质合金表面加工出与垂直线成0°、30°、60°、90°的正弦型沟槽织构,并利用有限元软件FLUENT对不同角度正弦沟槽织构内的润滑液压力等参数进行仿真分析,同时将表面带有织构的硬质合金与钛合金球进行摩擦磨损实验,并通过扫描电镜观察摩擦实验后的表面。结果 硬质合金表面四种不同角度的正弦沟槽织构均能降低与钛合金对摩时的摩擦系数,且随着速度的增大,四种织构表面的摩擦系数均出现不同程度的减小,其中90°的正弦沟槽织构在摩擦实验中的减摩效果最为显著,滑动速度为20 mm/s时,摩擦系数相对于光滑表面减小了77%。通过系列摩擦磨损实验结果表明,正弦沟槽织构产生动压效应的数值模拟结果与减摩降磨实验结果基本一致,刀具表面不同角度正弦沟槽织构产生动压润滑效果的显著程度为90°>30°>0°>60°。结论 与钛合金对摩中,硬质合金表面沟槽织构的存在对降低摩擦系数和减少磨损量具有重要意义,尤其是90°正弦沟槽织构的存在可以大幅改善硬质合金表面的摩擦学特性,其主要作用机理在于及时有效补充接触表面间的润滑液,并产生持续的动压润滑效应,建立并形成连续的摩擦接触界面间油膜,起到减摩降磨的作用。     

激光表面硬化及其数值模拟研究概况

激光表面硬化技术可以大幅提高产品质量,显著延长产品的使用寿命,具有良好的经济效益。本文对激光表面硬化及数值模拟的情况进行概述,主要介绍了激光表面硬化技术的强化机理、特点及其在国内外的发展应用;论述了激光表面硬化数值模拟在国内外的研究现状及存在的问题;并对激光表面硬化及数值模拟进行了总结和展望。     

轴向车铣表面形貌的计算机仿真

对轴向车铣加工进行数学建模,建立其表面形貌的计算机仿真系统,并利用该系统探讨了刀具工件转速比、刀具尺寸、刀刃数、进给速度和切深等参数对被加工件表面形貌的影响,得到以下结论:刀具与工件转速比越大,刀具尺寸越大,表面形貌越平坦,表面粗糙度越小;用六刃以上的铣刀进行车铣加工,能得到较小的表面粗糙度和较好表面微观形貌;随着进给速度的增大,表面粗糙度总体上趋于上升,但中间有起伏;切削深度对表面粗糙度和表面微观形貌的影响很小.     

基于随机过程的三维粗糙表面接触刚度研究

目的 建立三维粗糙表面法向接触刚度的有限元模型,研究法向接触刚度对粗糙度、自相关系数、弹性模量、屈服极限等参数的敏感性。方法 首先基于随机过程理论,采用二维数字滤波技术,生成满足Gauss分布和指数自相关函数的粗糙表面,建立三维粗糙表面接触有限元模型。然后根据结合面静位移与结合面受力关系推导出静刚度表达式,得到两粗糙表面的法向接触刚度。根据中心复合试验设计方法选取的样本点和有限元计算结果,建立二阶响应面模型。最终定义了临界自相关系数,并研究了临界自相关系数与其他参数的关系。结果 有限元计算得到的法向接触刚度结果合理,与试验结果相比最大误差不超过12.34%。弹性变形、塑性变形及真实接触面积随载荷的增加逐渐增大。法向接触刚度与粗糙度呈现负相关趋势,粗糙度不变时法向接触刚度随自相关系数的增大先增大后减小;法向接触刚度与弹性模量呈负相关趋势,法向接触刚度与屈服强度呈正相关趋势,且粗糙度的改变对法向接触刚度影响最大。当压力为200 MPa时,粗糙度、自相关系数、弹性模量、屈服极限分别为0.8 μm、18.91、240 GPa、355 MPa,法向接触刚度达到最大值121.53 MPa/mm,优化后接触面的法向接触刚度提高247%,并给出了临界自相关系数选取公式。结论 所建立模型正确、准确,为粗糙表面法向接触刚度计算提供一种有效方法,可为航空发动机安装边结构设计提供理论指导。     

纳秒脉冲激光参数及激光路径填充方式对表面织构平坦化的影响

目的 减少光纤脉冲激光器制备表面织构产生的毛刺,提高织构制备的质量。方法 利用纳秒激光器在CoCrMo盘加工表面织构时,织构周围会出现随着激光功率增加而升高的毛刺,通过保持激光平均功率不变,增大激光频率的方法来减小织构周围毛刺的高度,并且在材料表面覆盖一层水膜,来进一步减小织构周围毛刺,实现表面织构平坦化,制备出可以直接使用无需二次抛光的表面织构。在此基础上,增加织构加工的次数,在4 mm厚的水膜下打标出一组深度为50 μm左右、毛刺高度小于2 μm的表面织构,并且在25.434 N载荷下,采用销-盘摩擦方式,改变摩擦副的相对运动速度,对其进行摩擦磨损实验研究。 结果 当相对运动速度为30 mm/s时,摩擦系数最小,为0.067 67,远远小于直接加工表面织构的摩擦系数,比原始盘表面降低了23.1%。结论 增大脉冲激光的频率和覆盖水膜制备法可以减小制备织构的毛刺高度,使用覆盖水膜制备法时,多次加工制备大深度织构,毛刺高度始终保持在2 μm,没有明显变化。     

二次喷丸42CrMo钢表面完整性的数值模拟研究

目的探究二次喷丸工艺参数对42CrMo钢零件表面完整性的影响规律。方法建立三维随机喷丸有限元模型,并通过实验验证有限元模型预测残余应力的准确性。将一次喷丸后零件的表面形貌和应力应变结果作为初始状态导入到二次喷丸模型中,构建出二次喷丸预测模型。分析二次喷丸参数对42CrMo钢零件表面残余应力场、表面粗糙度以及等效塑性形变场的影响情况。结果二次喷丸后,42CrMo钢零件近表层(0～100μm)的残余压应力值均比初始状态有所增加。增加二次喷丸覆盖率对表面残余应力的提升作用最为明显,最大可比初始状态提高63.3%,而增加二次喷丸直径对残余应力的改善效果最不明显。过度增加二次喷丸速度会导致表面粗糙度明显增加,提高二次喷丸覆盖率可显著降低表面粗糙度,覆盖率为300%时,粗糙度比初始状态减小了14.4%。表层PEEQ值随着二次喷丸速度、弹丸直径和覆盖率的增加而增加,但当二次喷丸速度、弹丸直径和覆盖率增加到一定程度后,表层PEEQ值会趋于饱和。结论二次喷丸预测模型揭示了二次喷丸参数与42CrMo钢零件表面完整性之间的影响规律,为二次喷丸的工业应用提供了一定的参考意义。     

基于表面模型的注射模冷却过程模拟

介绍采用边界元方法BEM(BoundaryElementMethod),用型腔的表面模型来取代原来的中心层模型(Middle_Plane),突破了基于中心层模型注射模模拟软件推广应用的瓶颈,开发了实用化、商品化的注射模冷却模拟软件HsCAE3D6.0,在实际应用中取得了良好的效果。