考虑微凸体相互作用的机械结合面接触刚度模型

发布时间：2020-03-15 05:30

【摘要】：为准确预测两粗糙表面的接触刚度,围绕考虑微凸体间发生相互作用时的法向结合面接触问题展开研究。基于圣维南原理和勒夫方程,建立微凸体相互作用所引起的局部变形量与局部接触载荷、两表面间压强、材料属性参数之间的函数关系;将其代入KE弹塑性接触模型中,建立考虑微凸体相互作用的KE接触刚度模型,并提出数值迭代方法进行求解;之后,分析在不同塑性指数下微凸体相互作用对接触载荷、面积、刚度间关系产生的影响规律,并给出考虑微凸体相互作用的KE及ZMC模型接触刚度对比。研究表明:微凸体相互作用对于两表面间平均距离与接触载荷的关系有着明显的影响,这使得真实接触面积与接触刚度与原未考虑微凸体相互作用的KE模型有明显差异,且随着塑性指数的增大,差异随之变小。最后,通过试验对考虑与未考虑微凸体相互作用的KE及ZMC模型接触刚度计算结果进行验证,试验对比分析表明:建立的考虑微凸体相互作用的KE接触刚度模型更加贴近试验结果。
【图文】：

氪蠓猝?的体积变形。在确定了模型的假设条件后，，根据文献[12]中的基本理论来解释结合面接触过程中微凸体发生相互作用的机理。微凸体间相互作用对接触特性的影响是指当一个微凸体发生变形时它对周围其他微凸体的变形情况的影响问题。当一个微凸体发生变形时，除了它自身的变形以外，还造成其基底面也产生变形，这也就对已发生变形的微凸体为中心的周围其他微凸体的平均高度产生了影响，而且距离中心越近的微凸体平均高度平面下沉的越明显，反之亦然。图1为一个粗糙表面和一个光滑刚性平面接触相互作用示意图。图1微凸体接触相互作用示意图

樗嫖⑼固宄惺艿脑睾稍?高，基底面积增大。这里假设微凸体承受的载荷wl与其基底面积Al存在比例关系llAw(4)全部微凸体基底面积之和就应该等于名义触面积AnlnAA(5)将式(4)代入式(5)得1nntmlAAWPw(6)式(6)中的Wt代表两表面间的接触载荷，Pm表示两表面间的接触压强。从式(6)可以得出ltmlnwWPAA(7)式(7)说明了式(4)中Al与Wl的比例关系，微凸体基底面积上的平均压强和两平面间的整体压强值相等，说明了平均压强在两表面间接触的过程中具有连续性，图2中体现了微凸体基底面积上受载的分布情况。图2微凸体基底受力分布示意图依据圣维南原理，微凸体的变形量ug，是由于载荷作用于周围其他微凸体上产生的，而这个载荷与作用于两表面上的平均载荷的值相等。而且微凸体平均高度平面的位移量um等于粗糙表面受到两表面间平均载荷而产生的变形量。因此，这两个变形量的差值umug，就是表面载荷作用于微凸体基底所产生的变形量。如图2所示，假定微凸体基底是一个边长为2a的正方形[12]。a可以从式(7)中得出1/21/21122llmwaAP(8)依据勒夫方程[12]，对于一个弹性半空间体，面积大小为2a×2b的表面上的一点(x,y)受到表面上作用的均匀压强Pm所产生变形量uxy的大小可利用勒夫方程进行计算1/2221/2221/2221/2221/2221/222()ln()()ln()()ln()xymybybxauExaPybybxaxaybxaybxaybxaybybxaxaybybxa1/2221/222()ln()xaybxaybxaybxa(9)两表面等效弹性模量E的计算表达式如下122

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本文编号：2587129