基于分形理论的粗糙表面三维瞬态温度/压力/应力场数值模拟

发布时间：2024-12-21 00:35

　　工程实际中,摩擦热的产生将对重要工程表面造成严重的破坏,相互接触的摩擦滑动表面是粗糙的,因此对微区间工程粗糙表面的闪温和热-机械应力分析有着重要的理论意义。本文对粗糙表面的分形表征及其接触模型、粗糙表面闪温的研究现状及其发展方向进行了评述;基于三维分形理论建立了粗糙表面接触热传导模型,并对其摩擦滑动界面的传热规律进行了研究。 基于三维分形理论,将工程粗糙表面摩擦生热问题简化为一具有分形特性粗糙表面的实体和一具有光滑表面的实体作相对滑动摩擦生热的问题。考虑了两个物体摩擦接触的热弹性耦合问题,并利用热-结构顺序耦合建立瞬态有限元计算模型,以制动器摩擦副材料为例,在有限元软件ANSYS的非线性有限元多物理场中进行模拟,对粗糙表面接触模型的瞬时摩擦温度场/压力场/应力场进行了计算分析。在数值计算过程中,着重考虑了微凸体之间的相互影响,温度变化与接触区域压力变化的耦合问题,最高温度、最大接触压力以及最大
等效应力的变化问题。 本文通过对具有分形特性粗糙表面接触模型的摩擦滑动三维瞬态温度场/压力场/应力场的耦合计算分析,揭示了粗糙表面滑动摩擦副的温度、接触压力和热应力...

【文章页数】：85 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图1－1具有自仿射性的粗糙表面的微观形貌

分形参数代入W－M分形函数获得的模拟轮廓曲线与实测的轮廓现两者有很好的一致性[26]。基于W－M分形函数，Majumdar和Bh－B分形模型，他们用W－M分形函数来模拟粗糙表面的轮廓线，面的接触简化为一等效粗糙表面与一理想刚性光滑平面的接触，提型[27]，推导出....

图4－1接触几何模型

与任何一垂直平面相交得到的截口都是维数为H的分形布。H的布朗曲面，高度函数可以写为[()]kkkHkkkkZxy=CxB+yB+A∞=(,)∑sincossin1λλsD，sD为模拟布朗曲面的分形维数。kC是独立的且服从态分布，kA和kB是[π]0,....

图4－2具有分形布朗特性的粗糙表面实体模型

图4－2具有分形布朗特性的粗糙表面实体模型的简化：的表面接触情况较真实的模拟了工程粗糙表面的接触情后用有限元软件ANSYS进行模拟分析时造成无法收型进行简化。而在真实接触过程中，摩擦副表面较高的触区域将承受较大的接触压力，该区域的变形较大，随性变形量的增大，其周围较低的微....

图4－3接触面附近热流变化

文研究的是微区间工程粗糙表面的摩擦闪温问题，由于摩擦滑动时间很短，温升不会太高，因此在本文研究中可认为摩擦系数μ以及材料热膨胀系数、密度、比热容保持不变。.2接触热阻究分析表明，接触热阻是一个受表面形貌、材料热物性及负载、温度因素影响的强烈非线性问题，其中表面形貌是其决定性因....

本文编号：4018112