一种考虑微凸体法向弹塑性接触的粗糙面力学模型
发布时间：2019-09-22 17:16
【摘要】：提出一种考虑微凸体弹塑性变形影响的接触载荷、接触面积的粗糙表面法向接触力学模型.将微凸体的接触变形分为3种状态,对完全弹性和完全塑性变形阶段分别采用Hertz弹性接触理论和AF塑性接触模型进行建模,并采用一阶幂指数函数描述混合弹塑性阶段的接触载荷和实际接触面积与接触变形之间的关系,再采用数理统计分析的方法建立了粗糙表面法向弹塑性接触模型.将此模型与完全弹性模型、CEB模型、ZMC模型、KE模型对比,研究了塑性指数对粗糙面接触载荷-平均接触距离的影响.结果表明,该模型能够更好地描述微凸体法向接触载荷与接触变形的变化趋势,模型预测的粗糙表面法向载荷与ZMC和KE模型具有较好的一致性;随着平均接触距离的增加,粗糙面接触载荷逐渐减少;随着塑性指数的增加,不同模型预测的法向接触载荷差异逐渐增大.
【图文】：
述弹塑性阶段接触压力的变化规律，但是方程太过复杂．针对上述不足，本文采用幂指数函数描述弹塑性接触阶段接触行为与接触变形的关系，再利用统计分析方法给出粗糙结合面的接触力学模型．将本文模型与文献的模型进行对比，并且研究了不同塑性指数对粗糙表面法向接触载荷与平均接触距离关系的影响．１微凸体接触力学建模文献［５］指出表面服从高斯分布的２个粗糙表面的接触模型可以用一个等效粗糙表面与一个光滑平面的接触模型来代替，因此这里只考虑一个粗糙表面与一个光滑平面的接触问题，，如图１所示．图１微凸体接触示意图Ｆｉｇ．１Ｃｏｎｔａｃｔｏｆａｓｉｎｇｌｅａｓｐｅｒｉｔｙ图１中，Ｒ为微凸体顶端半径；ω为法向接触变形；ｄ为光滑平面与微凸体平均高度参考面之间的距离；ｚ为微凸体高度，且ｚ＝ω＋ｄ；Ｎ为法向接触载荷．根据ＨＥＲＴＺ接触力学理论，随着法向接触变形的增大，微凸体将从完全弹性变形状态逐步演化到弹塑性变形状态，直至转化为完全塑性变形状态．下面分别考虑这３种状态下接触状态变量与法向接触变形之间的关系．在以下的推导中，分别用下角标ｅ、ｅｐ和ｐ表示完全弹性变形阶段、弹塑性变形阶段和完全塑性变形阶段．１．１完全弹性接触当接触载荷不太大或ω较小时，微凸体只发生弹性变形，该阶段接触载荷Ｎｅ、面积Ａｅ、平均压力ｐｅ与ω之间的关系可用ＨＥＲＴＺ弹性理论描述：ｐｅ＝４Ｅ＊３πω（）Ｒ１／２Ａｅ＝πＲωＮｅ＝４３Ｅ＊Ｒ１／２ω３／p蚿蘰危玻ǎ保┦街校海保牛剑保裕
本文编号：2540075
【图文】：
述弹塑性阶段接触压力的变化规律，但是方程太过复杂．针对上述不足，本文采用幂指数函数描述弹塑性接触阶段接触行为与接触变形的关系，再利用统计分析方法给出粗糙结合面的接触力学模型．将本文模型与文献的模型进行对比，并且研究了不同塑性指数对粗糙表面法向接触载荷与平均接触距离关系的影响．１微凸体接触力学建模文献［５］指出表面服从高斯分布的２个粗糙表面的接触模型可以用一个等效粗糙表面与一个光滑平面的接触模型来代替，因此这里只考虑一个粗糙表面与一个光滑平面的接触问题，，如图１所示．图１微凸体接触示意图Ｆｉｇ．１Ｃｏｎｔａｃｔｏｆａｓｉｎｇｌｅａｓｐｅｒｉｔｙ图１中，Ｒ为微凸体顶端半径；ω为法向接触变形；ｄ为光滑平面与微凸体平均高度参考面之间的距离；ｚ为微凸体高度，且ｚ＝ω＋ｄ；Ｎ为法向接触载荷．根据ＨＥＲＴＺ接触力学理论，随着法向接触变形的增大，微凸体将从完全弹性变形状态逐步演化到弹塑性变形状态，直至转化为完全塑性变形状态．下面分别考虑这３种状态下接触状态变量与法向接触变形之间的关系．在以下的推导中，分别用下角标ｅ、ｅｐ和ｐ表示完全弹性变形阶段、弹塑性变形阶段和完全塑性变形阶段．１．１完全弹性接触当接触载荷不太大或ω较小时，微凸体只发生弹性变形，该阶段接触载荷Ｎｅ、面积Ａｅ、平均压力ｐｅ与ω之间的关系可用ＨＥＲＴＺ弹性理论描述：ｐｅ＝４Ｅ＊３πω（）Ｒ１／２Ａｅ＝πＲωＮｅ＝４３Ｅ＊Ｒ１／２ω３／p蚿蘰危玻ǎ保┦街校海保牛剑保裕
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