基于分形理论的栓接结合部动态特性研究

发布时间：2017-06-25 17:15

  本文关键词：基于分形理论的栓接结合部动态特性研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：众所周知,一个完整的机械产品,尤其是大型装备,是由各种零部件装配得到,其中的螺栓联接是应用最为广泛的一种联接方式,正是由于联接的存在,使得整机系统不再连续,各零部件之间形成了若干个“结合面”。结合面间的摩擦、磨损对整个机械系统的性能有着重要影响。因此,分析和研究结合面的接触特性十分重要。本文基于分形理论,分析了结合面的微观接触机理,并表征了结合面的微观形貌,构建不同维数的三维表面,建立结合面法向和切向刚度模型,对其进行理论分析和实验研究,揭示接触微观接触特性。具体研究内容如下:首先,根据结合面在机械产品中的特殊性,阐述了研究意义,并介绍了分形理论的相关知识,在此基础上,对结合面接触机理进行分析,研究单个微凸体、法向载荷、真实接触面积等相关参数的三维接触分形模型,进而阐述了不同变形阶段刚度的变化特征。接着,基于变形过程的三个不同阶段,即弹性、弹塑性、塑性,从法向和切向角度,推导了具有高度非线性的结合面刚度分形模型,进而对模型进行数据仿真分析,揭示不同变形阶段的接触机理,表征分形维数、尺度系数、外部载荷等参数对结合面接触刚度的影响。研究表明:无量纲的法向、切向刚度与无量纲的载荷正相关,且随分形维数的增大而增大,随无量纲的尺度系数增大而减小。最后,基于分形函数,结合MATLAB和Pro/E软件,分别建立单个微凸体、表面三维实体和结合面接触模型,并进行ANSYS有限元分析,获得外部载荷与结合面变形之间的函数表达式,利用微分关系建立结合面法向、切向刚度与载荷呈K=mPn关系,且系数m随着分形维数D的增加而递增,而系数n却随之减小。通过对比,验证了所建刚度模型的准确性。
【关键词】：结合面 分形理论 接触模型 接触刚度 有限元分析
【学位授予单位】：西安建筑科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH131.3
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 1 绪论8-16
• 1.1 研究背景和意义8-10
• 1.2 课题来源10
• 1.3 结合面的研究现状10-14
• 1.3.1 国外研究现状10-12
• 1.3.2 国内研究现状12-14
• 1.4 本文主要研究内容14-15
• 1.5 本章小结15-16
• 2 粗糙表面的分形表征16-31
• 2.1 分形理论概述16-20
• 2.1.1 分形几何概念16-18
• 2.1.2 分形维数定义18-20
• 2.2 结合面的分形表征20-22
• 2.3 二维分形曲线模拟22-25
• 2.4 三维分形表面模拟25-30
• 2.4.1 各向异性三维表面表征25
• 2.4.2 各向同性三维表面表征25-30
• 2.5 本章小结30-31
• 3 结合面接触微观作用机理分析31-55
• 3.1 结合面接触分形模型31-36
• 3.1.1 微凸体的接触变形31-32
• 3.1.2 微凸体的尺寸分布32-33
• 3.1.3 粗糙表面的真实接触面积33
• 3.1.4 微凸体的法向载荷33-36
• 3.2 结合面法向接触刚度模型36-46
• 3.2.1 微凸体的法向接触刚度36-37
• 3.2.2 结合面法向接触刚度模型37-39
• 3.2.3 结合面法向接触载荷模型39-43
• 3.2.4 结合面法向接触模型仿真43-46
• 3.3 结合面切向接触刚度模型46-54
• 3.3.1 微凸体的切向接触刚度46
• 3.3.2 结合面切向接触刚度模型46-47
• 3.3.3 结合面切向接触载荷模型47-51
• 3.3.4 结合面切向接触模型仿真51-54
• 3.4 本章小结54-55
• 4 结合面接触模型的有限元仿真与分析55-70
• 4.1 有限元分析法介绍55-59
• 4.1.1 ANSYS中接触分析概述56-57
• 4.1.2 面-面接触分析的注意问题57-59
• 4.2 结合面实体模型的建立59-62
• 4.2.1 三维表面坐标值的提取59-61
• 4.2.2 三维分形表面的建立61
• 4.2.3 三维分形实体的建立61-62
• 4.3 结合面刚度模型的有限元分析62-64
• 4.3.1 结合面有限元模拟方法62-63
• 4.3.2 结合面有限元分析63-64
• 4.4 结合面刚度的数学模型64-69
• 4.4.1 结合面法向刚度建模与分析64-67
• 4.4.2 结合面切向刚度建模与分析67-69
• 4.5 本章小结69-70
• 5 结论与展望70-72
• 5.1 总结与结论70-71
• 5.2 研究展望71-72
• 参考文献72-78
• 附录 攻读硕士期间发表的论文78-80
• 致谢80

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