固定结合面接触刚度建模与广义间隙等效方法研究

发布时间：2017-06-15 16:02

  本文关键词：固定结合面接触刚度建模与广义间隙等效方法研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：机械零部件之间通过装配形成的结合部称为结合面,它在机械系统正常运行过程中起着传递运动、载荷和能量的作用。结合面的材料和接触界面参数等决定机构或机器的刚度和阻尼、结构性能和动态特性,影响机械设备的加工精度和工作稳定性等。开展结合面的动态特性研究,旨在探索影响机械整体动力学性能的机理,进而为产品设计的选材、零部件表面的加工、机械部件的装配和加工机械的误差补偿等提供理论依据。开展该项研究,无论是从理论上还是从实际应用上都具有十分重要的意义。 以螺栓紧固组合梁结合面为研究对象,理论研究与实验分析相结合,在处理结合面弹塑性变形影响、结合面微观接触刚度建模、结合面广义间隙等效方法处理与宏观动力学建模仿真和实验方面做了以下工作： (1)建立了考虑弹塑性变形的结合面法向和切向接触刚度分形预估修正模型,并进行了参数影响仿真分析。利用分形接触理论,对传统的M-B分形接触模型进行了修正,考虑结合面的弹塑性变形,建立了结合面法向接触刚度和切向接触刚度的分形预估修正模型；研究了微观条件下结合面法向载荷、分形维数、分形尺度参数和材料特性参数对接触刚度影响的仿真分析。 (2)构件表面分形维数和分形尺度参数的实验测定。基于构件表面微观形貌具有自相似的分形特性,利用表面粗糙度仪测定了不同加工精度下的组合梁结合面的分形维数D和特征尺度参数G,为研究表面微观形貌对构件固有频率等影响提供真实数据。 (3)通过建立的结合面“固-隙-固”模型,研究了组合梁结合面的广义间隙等效方法,并进行了有限元模态分析等。将结合面重构由“固体-广义间隙-固体”组成的系统,即把结合面等效为广义间隙；利用建立的接触刚度分形模型和模态应变能等效的方法,建立了结合面广义间隙等效模型；并根据此等效模型对组合梁进行有限元分析,研究了结合面表面微观形貌对固有频率的影响。 (4)完成了组合梁结合面广义问隙等效方法的实验验证。通过对组合梁进行模态试验,获得了组合梁前5阶弯曲振动固有频率；对广义间隙等效方法处理结果进行误差分析,验证了广义间隙等效方法处理结合面是可行的。
【关键词】：结合面 分形接触理论 弹塑性变形 “固-隙-固”模型 广义间隙等效方法
【学位授予单位】：东北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TH113
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-12
• 第1章 绪论12-22
• 1.1 课题研究的意义12-13
• 1.2 机械结合面动力学特性研究现状分析13-18
• 1.2.1 分形理论在结合面微观建模的应用研究现状分析13-16
• 1.2.2 结合面的宏观研究和参数识别的方法研究现状研究与分析16-18
• 1.3 课题研究内容及思路18-20
• 1.4 本章小结20-22
• 第2章 分形理论及传统的M-B分形接触模型22-32
• 2.1 分形理论概述22-28
• 2.1.1 分形理论的定义22-23
• 2.1.2 分形理论的主要特征23-25
• 2.1.3 分形理论在接触分析中的应用25-28
• 2.2 传统的M-B分形接触模型28-31
• 2.2.1 微凸体的弹性接触状态29-30
• 2.2.2 微凸体的塑性接触状态30
• 2.2.3 两粗糙平面的实际接触面积30-31
• 2.2.4 两粗糙平面的接触载荷31
• 2.3 本章小结31-32
• 第3章 考虑弹塑性变形的结合面接触刚度修正模型及数值仿真32-52
• 3.1 M-B分形接触修正模型32-38
• 3.1.1 微凸体的弹塑性接触状态32-34
• 3.1.2 修正后两粗糙平面的实际接触面积34
• 3.1.3 修正后两粗糙平面的接触载荷34-38
• 3.2 结合面法向刚度分形预估修正模型及仿真分析38-42
• 3.3 结合面切向刚度分形预估修正模型及仿真分析42-49
• 3.4 本章小结49-52
• 第4章 组合梁结合面分形维数D和分形尺度参数G的实验测定52-60
• 4.1 常用的分形维数D的计算方法52-57
• 4.1.1 尺码法53-54
• 4.1.2 盒计数法54
• 4.1.3 均方根法54
• 4.1.4 差方法54-55
• 4.1.5 功率谱法55-56
• 4.1.6 结构函数法56-57
• 4.2 分形尺度参数G的计算方法57
• 4.3 组合梁表面分形维数和分形尺度参数的实验测定57-59
• 4.3.1 表面三维形貌测量法57-58
• 4.3.2 表面粗糙度测量法58-59
• 4.4 本章小结59-60
• 第5章 组合梁结合面广义间隙等效方法研究60-78
• 5.1 GLUE粘结法有限元分析60-63
• 5.2 弹簧阻尼单元等效法有限元分析63-66
• 5.3 基于广义间隙等效方法的组合梁结合面模态分析66-75
• 5.3.1 结合面“固-隙-固”接触模型66-67
• 5.3.2 结合面广义间隙等效模型67-69
• 5.3.3 基于广义间隙等效方法的组合梁结合面模态分析69-75
• 5.4 本章小结75-78
• 第6章 组合梁结合面广义间隙等效方法模态试验验证78-86
• 6.1 实验装置设计78-80
• 6.2 实验测试系统设计80-81
• 6.3 实验信号采集过程81-82
• 6.4 实验结果与数据分析82-83
• 6.5 实验结果对比83-85
• 6.6 本章小结85-86
• 第7章 总结与展望86-88
• 7.1 全文总结86-87
• 7.2 创新与展望87-88
• 参考文献88-96
• 致谢96-98
• 附录：发表论文与参与项目等情况98-99

【参考文献】

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本文编号：452831