微凸体弹塑性变形阶段力学建模及阻尼研究

发布时间：2020-05-28 04:11

【摘要】：在机械结构中存在着大量的结合部表面,这使得机械系统呈现出不连续的特性,会造成机械系统的实际性能与设计要求出现偏差,甚至影响机械系统的正常使用,因此研究机械系统的结合面具有非常重要的理论和现实意义。当机械系统受到载荷的作用时,结合面会在存储能量的同时又消耗能量,表现为既有刚度又有阻尼,对结合面整体要从力学方面进行综合的分析,同时考虑到在结合面表面存在着大量的微凸体,因此研究单个微凸体的接触特性是非常必要的,这将是研究结合面静动态特性的基础。微凸体的变形会经历弹性、弹塑性和塑性阶段,此前众多学者对于单个微凸体的接触研究主要是利用数值拟合和有限元模拟的方法来建立单个微凸体在弹塑性变形阶段的力学模型,此模型中包含弹性和塑性两种变形机制,而本文是以结合面中最为基础的球形微凸体为研究对象,创新性地从弹性力学角度将微凸体弹塑性变形阶段作理想弹性化处理,建立了微凸体在弹塑性变形过程中的理论弹性模型,并将之与目前被广泛引用的有限元模型进行了对比,深入研究了单个微凸体与刚性平面接触时在弹塑性变形阶段的加载、卸载力学特性和阻尼机理,主要工作如下:第一,结合赫兹接触理论和接触压力的分布规律,提出了单个微凸体在弹塑性变形阶段的理论弹性接触压力分布规律,首次构建了单个微凸体与刚性平面接触时的弹塑性变形阶段的理论弹性模型,揭示了微凸体在弹塑性变形阶段的理论弹性变形量与接触载荷、面积的无量纲变化关系。第二,对微凸体的加载模型进行了研究,一方面阐述了KE有限元加载模型的建模过程,并对其结果进行了分析,做了关于平均接触压力的进一步推导,另一方面,将之与微凸体的理论弹性模型进行了对比研究,揭示了微凸体在弹塑性变形阶段因不同变形机制所产生的接触载荷、接触面积和变形量的差异化现象的原因,并进行了分析。第三,对微凸体的卸载模型进行了研究,一方面对Etsion等建立的卸载模型进行了阐述,另一方面提出了微凸体在弹塑性变形阶段的理论弹性卸载模型,并与Etsion有限元卸载模型进行了对比,验证了理论弹性卸载模型对于解决单个微凸体与刚性平面接触卸载问题的合理性,并且相比较于有限元拟合结果,理论弹性卸载模型对单个微凸体在弹塑性阶段的卸载情况给出了精确的解析解。第四,阐述了结合面的阻尼机理,提出了根据结合面表面加卸载情况对阻尼进行分类的观点,并利用能量原理建立了单个微凸体与刚性平面相接触时在弹塑性变形阶段的阻尼耗能模型,填补了单个微凸体在静态载荷作用下阻尼耗能求解方法的空白,并对不同类型结合面阻尼的求解方法进行了探讨。
【图文】：

示意图,受力,示意图,原点

图 2.1 布辛涅斯克解受力示意图Fig. 2.1 The stress of Boussinesq solution.体的表面 z 0处施加集中力nP 后产生的变形量n 为[66]21-=nnPE r 分别为弹性半空间体材料的弹性模量和泊松比，，r 为表径。由上式可以看出，变形表面的外形随着径向距离的增距离原点很远处的表面趋近于变形之前，并在原点处呈示。

示意图,位移解,示意图,表面

图 2.1 布辛涅斯克解受力示意图Fig. 2.1 The stress of Boussinesq solution.限体的表面 z 0处施加集中力nP 后产生的变形量n 为[66]21-=nnPE r 和分别为弹性半空间体材料的弹性模量和泊松比，r 为表面接半径。由上式可以看出，变形表面的外形随着径向距离的增大它在距离原点很远处的表面趋近于变形之前，并在原点处呈现2 所示。
【学位授予单位】：太原科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TH113

【参考文献】