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.     

多尺度粗糙度对接触面真实接触面积的影响

当两个粗糙面在力的作用下相互接触时,只有表面上的微凸体相互接触。这些微凸体的接触影响着接触面的摩擦、磨损并且决定着两接触面之间的导电性和热传递功能。这些微凸体存在于各个不同的尺度下,并且形状也不相同。运用堆叠式多尺度接触模型对典型的加工表面进行分析,研究多尺度粗糙度对接触面真实接触面积的影响。结果表明,在塑性接触和弹塑性接触情况下,接触表面的多尺度粗糙度对于真实的接触面积和接触力均都有着很大的影响,不同表面之间的接触面积和平均接触压力以一个数量级的大小变化。研究结果表明某些加工工艺得到的表面或许更适合于作为设备中相互接触的表面。     

粗糙表面分形接触模型的研究进展

工程表面具有分形特征,利用分形参数对表面形貌进行表征不受仪器分辨率和取样长度的影响。2个粗糙表面之间的接触行为对摩擦、磨损、润滑、密封和传热等均有着重要的影响,因而一直是摩擦学研究的重要课题之一。基于表面的分形特性而建立的接触模型,可使表面接触的分析结果具有确定性和唯一性。介绍分形表面形貌的Weierstrass-Mandelbrot函数生成方法并给出利用MATLAB程序生成的分形曲线和曲面,分析和评述近二十年来分形接触模型中单个微凸体的接触行为、接触面积分布与真实接触面积、接触变形方式与接触载荷以及总的真实接触面积与接触载荷之间的关系等方面的研究情况,并简单列举分形接触模型在机械学科中的应用情况。指出结合分形理论对表面接触行为进行研究是接触理论发展的必然趋势,为摩擦学研究提供新的思路。     

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。     

考虑两粗糙面分形特性的接触模型

基于M-B分形接触模型,通过构建接触系数建立了考虑两粗糙面分形特征的接触模型。分析结果表明,修正模型能较好地与实验数据相吻合,并适用于更大的载荷,修正模型综合考虑两粗糙面的特性,其计算结果与实际接触情况更相符,为摩擦磨损预测、磨粒分析以及不同粗糙度表面的接触分析提供了参考。     

平面磨削粗糙表面的微观接触模型

通过拟合实测平面磨削表面单个微凸体的轮廓数据,提出一种采用半周期余弦曲线回转体等效微凸体的方法。通过对实测表面轮廓的峰谷标记处理,获得了等效微凸体轮廓的尺寸参数。结合高斯分布,建立了能够更加准确表征平面磨削表面形貌特征的模拟表面。在模拟表面的基础上,基于接触力学理论与统计学理论,重新解算了微凸体在弹塑性变形区间的临界压入深度。推导出接触区域内接触参数与接触压力的解析关系,进而建立起一种针对平面磨削表面的微观接触模型。最后将实测平面磨削表面的统计参数作为接触模型数据仿真的初始值,将本文模型与CEB模型以及KE模型就平均距离和真实接触面积的预测结果进行了对比分析。结果显示,在相同接触压力的条件下,该模型相比CEB模型与KE模型所得到的平均距离与真实接触面积的预测值更大,并且三者之间的差值随着接触压力的增加而逐渐增大。结合不同微凸体轮廓假设对平面磨削表面微凸体轮廓数据的拟合结果来看,该模型对于平面磨削表面接触参数的预测结果更加准确且合理。     

一种考虑粗糙结合面切向黏滑摩擦模型

提出一种描述粗糙结合面的跨尺度黏滑摩擦行为的参数化力学模型。将名义平面的接触问题视作服从随机分布规律的微凸体的接触问题。基于Mindlin弹性接触理论并采用KD(Kragelsky-Demkin)表面粗糙度描述形式,应用概率统计方法导出粗糙表面切向相对位移与作用力、结合面能量耗散之间的关系。将该模型计算结果与光滑表面接触模型结果进行对比,研究模型参数变化对结合面黏滑摩擦行为的影响。结果表明,提出的考虑粗糙表面接触的结合面黏滑摩擦模型能够描述结合界面的跨尺度黏滑摩擦行为;粗糙度参数对切向刚度和振荡激励的能量耗散有很大的影响。     

多尺度方法在微尺度黏着接触中的研究进展

在简单介绍微尺度黏着接触理论模型研究的基础上阐述了多尺度计算方法,并详细评述了多尺度方法在微尺度黏着接触中的研究进展.最后对微尺度接触问题中的影响因素以及计算方法可能的研究方向进行了探讨.     

螺栓结合面微观接触模型

针对螺栓结合面弹塑性区域内的接触机理难以确定问题,根据在变形状态转变的临界点处微凸体真实接触面积与接触载荷转化均满足连续和光滑条件,构造新的多项式函数来描述接触变形与接触面积之间的关系。利用统计学方法建立螺栓结合面真实接触面、接触载荷与接触刚度模型。理论计算结果表明:随着平均表面距离的减少,接触载荷、接触面积和接触刚度随之增加;接触面积和接触刚度,随着接触载荷的增加而增加,当接触载荷增加一定程度后接触刚度和接触面积值分别趋于理想接触刚度和名义接触面积值;当螺栓结合面处于弹性和弹塑性接触状态时,塑性指数越大,接触面积越大,而平均接触距离和接触刚度就越小,当处于完全塑性状态时,塑性指数越大,刚度和平均接触距离就越大,而真实接触面积影响较小。