粗糙表面接触特性的实验研究

发布时间：2017-05-25 06:07

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【摘要】：精密仪器和精密机械的结构精度与性能不但与零部件的制造偏差有关,而且与零部件之间的接触特性有关,零部件之间相互接触的表面称为结合面。对结构的静、动态精度分析来说,粗糙表面接触特性是指结合面的力学特性(不考虑电、热、磁特性),即接触应力、接触刚度和接触阻尼特性。为了提高精密仪器和精密机械系统的装配精度和动态性能,研究粗糙表面接触特性显得尤为重要。论文的主要工作如下：(1)将激光超声理论、声表面波传播理论与粗糙表面接触理论相结合,从理论上论证了激光超声应用于粗糙表面接触应力研究的可行性。(2)搭建了激光超声实验系统,研究了结合面面压(单位面积上的压力)、表面粗糙度与声表面波之间的关系；实验证实了利用激光声表面波技术探测粗糙表面接触力学特性的可行性；发现了结合面间面压对声表面波的衰减效应,测得了声表面波在传播过程中其衰减幅度与面压之间的单谷曲线关系；获得了结合面的粗糙度与其上传播的声表面波信号衰减幅度之间的定量关系。(3)提出了利用统计规律性考虑真实接触面积因素的结合面刚度和阻尼特性建模思想,建立大面积结合时,法向、切向的刚度和阻尼以面压和面积为参变量的计算模型,发现面压对切向动态特性的作用要显著强于对法向动态特性的作用。(4)对提出的结合面刚度和阻尼特性参数解算模型及其应用建模方法进行了工程应用与工程验证。建立了机床床身和立柱结构的有限元分析模型,工程试验表明,其计算模态与实测模态的固有频率平均相差不超过7.4%,满足工程应用要求。
【关键词】：粗糙表面 接触特性 结合面 接触刚度 接触阻尼 激光超声 声表面波
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH117
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-9
• 1 绪论9-16
• 1.1 研究背景与意义9-11
• 1.1.1 研究背景9
• 1.1.2 研究意义9-11
• 1.2 背景科研项目简介11
• 1.3 国内外研究进展11-14
• 1.3.1 粗糙表面接触特性研究概况11-14
• 1.3.2 粗糙表面接触特性研究存在的问题14
• 1.4 本文主要研究内容14-16
• 2 基于激光超声技术的粗糙表面接触应力测试理论基础16-37
• 2.1 激光超声技术理论基础16-26
• 2.1.1 激光超声技术研究进展16-17
• 2.1.2 激光超声技术激发粗糙表面产生超声波的理论基础17-20
• 2.1.3 激光超声技术接收超声波的理论基础20-25
• 2.1.4 激光超声技术的优缺点25
• 2.1.5 激光超声技术的应用25-26
• 2.2 声表面波接收的理论基础26-31
• 2.2.1 声表面波简介26
• 2.2.2 声表面波在粗糙表面的波动方程26-29
• 2.2.3 声表面波在粗糙表面的传播方程29
• 2.2.4 声表面波的质点位移29-30
• 2.2.5 声表面波的传播速度30-31
• 2.3 粗糙表面接触理论基础31-35
• 2.3.1 粗糙表面接触应力的理论基础31-32
• 2.3.2 单峰接触模型32-33
• 2.3.3 随机粗糙表面的接触模型33-35
• 2.4 激光超声应用于粗糙表面接触应力研究的可行性分析35-36
• 2.5 本章小结36-37
• 3 粗糙表面接触应力特性的实验研究37-56
• 3.1 研究粗糙表面接触应力特性的激光超声实验系统37-39
• 3.1.1 实验系统组成37-38
• 3.1.2 激光器的选择38-39
• 3.1.3 声表面波超声探头的选择39
• 3.2 基于激光超声的粗糙表面接触应力测量实验及分析39-50
• 3.2.1 信号的采集与分析39-41
• 3.2.2 激发能量与声表面波信号强度的对应关系41-42
• 3.2.3 烧蚀作用对声表面波信号的影响42-43
• 3.2.4 面压对声表面波信号的影响43-47
• 3.2.5 接触面积与声表面波信号的对应关系47-49
• 3.2.6 表面粗糙度与声表面波信号的对应关系49-50
• 3.3 粗糙表面接触应力分布研究50-55
• 3.3.1 仿真研究50-52
• 3.3.2 实验研究52-55
• 3.4 本章小结55-56
• 4 粗糙表面接触刚度和接触阻尼研究56-68
• 4.1 结合面刚度和阻尼建模的理论基础56-58
• 4.2 结合面刚度和阻尼数据获取与分析58-60
• 4.3 结合面刚度和阻尼的数据拟合60-66
• 4.3.1 数据拟合的数学模型建立60-61
• 4.3.2 数据拟合流程61-64
• 4.3.3 数据拟合的结果与分析64-65
• 4.3.4 数据拟合的假设检验65
• 4.3.5 数据拟合的误差分析65-66
• 4.4 结合面刚度和阻尼的经验公式66
• 4.5 本章小结66-68
• 5 粗糙表面接触特性参数的工程应用68-74
• 5.1 结合面的等效处理方法68-70
• 5.2 仿真分析与实验验证70-73
• 5.2.1 有限元仿真70-72
• 5.2.2 仿真结果与试验结果对比分析72-73
• 5.3 本章小结73-74
• 6 结论与展望74-77
• 6.1 结论74-75
• 6.2 展望75-77
• 致谢77-79
• 参考文献79-83
• 附录83

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前8条

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7 钱梦

本文编号：392812