机械结合面接触刚度研究

发布时间：2017-05-21 13:17

  本文关键词：机械结合面接触刚度研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：机床及机械结构大部分都不是单一的零件,为了满足不同功能和不同性能的要求以及零件易加工性要求和为了运输上的方便,机床以及其他机械结构都是由各种各样的零件按照装配的要求组合起来。零件间连接的上下表面被称为机械结合面,结合面在机械结构中无处不在。本文从理论建模、有限元分析和实验三个方面研究结合面的力学性能,最后简要介绍结合面接触刚度的项目应用。建立的结合面法向刚度计算模型基于分形几何和接触力学理论并且考虑微凸体接触过程中临界变形量动态变化。采用分形几何表征结合面的几何形貌特征；考虑接触过程中单个微凸体弹性、塑性接触状态的变化,分析临界变形量、微凸体曲率半径、接触面积及法向载荷与变形量之间的关系,进而得到单个微凸体接触刚度计算公式；根据分形几何,得到微凸体分布密度,综合考虑各微凸体接触状态建立结合面接触刚度计算模型。本文提出基于三维数字化测量与逆向工程的真实粗糙表面建模的新方法,通过三维形貌测量仪测量得到真实粗糙表面的形貌数据,数据处理后导出为点云文件,再经过逆向建模得到真实粗糙表面的三维实体模型,建立有限元接触模型,最后通过有限元软件分析真实粗糙表面的接触,有限元分析获得结合面残余应力及接触刚度等结果。独立完成了结合面静态刚度实验。建立接触刚度的实验模型,然后结合理论解析方式,提取出法向面压静刚度曲线和结合面变形值,进而获得结合面接触刚度。最后结合实际的科研项目,本文完成了一些实际应用。目前接触刚度主要应用在动态尺寸链建模和有限元分析机床动静特性。
【关键词】：结合面 接触刚度 粗糙表面 有限元分析 静力学实验
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH117;TH123
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 1 绪论10-17
• 1.1 课题来源10
• 1.2 课题的背景和意义10-11
• 1.3 结合面研究概况11-15
• 1.3.1 基于接触力学的结合面性能研究概况11-12
• 1.3.2 结合面静态力学性能实验研究12
• 1.3.3 结合面动态特性实验及动态特性参数辨识研究12-13
• 1.3.4 利用有限元分析结合面接触的研究概述13-14
• 1.3.5 结合面应用技术的研究概况14-15
• 1.4 论文主要研究内容与方法15-17
• 2 基于分形理论和赫兹接触的结合面力学性能研究17-37
• 2.1 粗糙表面的形貌特征及其描述17-20
• 2.1.1 金属加工粗糙表面的形貌特征17-19
• 2.1.2 粗糙表面形貌特征的数学方法表征19-20
• 2.2 分形几何表征粗糙表面轮廓20-25
• 2.2.1 分形几何的特征20
• 2.2.2 分形特征函数表征微观形貌20-22
• 2.2.3 分形参数D和G的获得22-25
• 2.3 基于接触力学的粗糙表面接触分析25-28
• 2.3.1 微凸体形貌及接触状态25-26
• 2.3.2 微凸体弹塑性变形临界变形量26-27
• 2.3.3 微凸体分布函数27-28
• 2.4 法向接触刚度模型28-32
• 2.4.1 单个微凸体的刚度28
• 2.4.2 结合面法向接触载荷计算公式28-29
• 2.4.3 结合面法向接触刚度计算公式29
• 2.4.4 法向接触刚度随分形参数变化规律29-30
• 2.4.5 本模型计算公式与实验数值对比30-32
• 2.5 切向接触刚度模型32-35
• 2.5.1 微凸体切向接触示意图32-33
• 2.5.2 切向刚度计算模型33-35
• 2.6 本章小结35-37
• 3 基于真实粗糙表面的有限元分析37-54
• 3.1 测量粗糙表面三维数据37-40
• 3.1.1 测量设备37-38
• 3.1.2 测量数据38-39
• 3.1.3 数据预处理39-40
• 3.2 粗糙表面模型重建40-43
• 3.2.1 建立三维真实表面的流程40-41
• 3.2.2 建立三维真实表面过程41-43
• 3.3 真实接触模型的有限元分析43-45
• 3.3.1 真实粗糙表面接触的非线性特征43
• 3.3.2 基于真实粗糙表面接触的分析步骤43-45
• 3.4 有限元分析结果45-52
• 3.4.1 结合面受力情况45-47
• 3.4.2 结合面受力变形及刚度47-49
• 3.4.3 结合面面压与真实接触面积的关系49-50
• 3.4.4 结合面卸载后的残余应力50-52
• 3.5 本章小结52-54
• 4 结合面力学性能实验研究54-67
• 4.1 法向接触刚度实验54-58
• 4.1.1 实验理论及方法54-55
• 4.1.2 实验方案55-56
• 4.1.3 实验试件56-57
• 4.1.4 实验步骤57-58
• 4.2 法向接触刚度实验结果58-61
• 4.2.1 载荷位移曲线的处理58-59
• 4.2.2 法向接触刚度结果对比59-61
• 4.3 切向刚度实验61-63
• 4.3.1 实验方案61-62
• 4.3.2 实验步骤62-63
• 4.4 切向刚度实验结果分析63-66
• 4.4.1 不同面压下的切向刚度对比63-65
• 4.4.2 相同面压不同加工试件的接触刚度对比65-66
• 4.5 实验结论66-67
• 5 机械结合面接触刚度应用实例67-79
• 5.0 课题研究背景67-69
• 5.1 接触刚度在动态尺寸链上的应用69-72
• 5.1.1 尺寸链的基本概念69-70
• 5.1.2 动态尺寸链的建模70-72
• 5.2 考虑结合面接触刚度的有限元分析72-77
• 5.2.1 结合面动态参数识别72-74
• 5.2.2 有限元分析考虑结合面动态参数方法74-76
• 5.2.3 考虑结合面动态参数的有限元分析结果76-77
• 5.3 本章小结77-79
• 结论79-80
• 参考文献80-85
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况85-86
• 致谢86-87

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 张学良,徐格宁,温淑花;机械结合面静动态特性研究回顾及展望[J];太原重型机械学院学报;2002年03期

2 蔡力钢;郝宇;郭铁能;刘志峰;张冬梅;;螺栓结合面法向静态刚度特性提取方法研究[J];振动与冲击;2014年16期

中国硕士学位论文全文数据库 前1条

1 李杰;机械固定结合面刚度特性建模与应用研究[D];华中科技大学;2011年

  本文关键词：机械结合面接触刚度研究，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：383774