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机械结合面切向接触参数理论研究

姜来  
【摘要】:结合面在机械结构或系统中的大量存在使得机械结构或系统不再连续而具有复杂性。所以在研究机械结构的静动态特性时,需要充分地考虑结合面所产生的影响。为了获得对结合面接触机理的进一步认识,本文从结合面切向接触参数理论建模角度入手,基于三维分形理论,考虑了弹塑性接触变形机制,建立了结合面的切向接触阻尼、切向接触刚度等分形模型,并和先前的模型进行了对比分析。本论文研究在国家自然科学基金资助项目(51275328),山西省自然科学基金资助项目(2012011023-4),山西省回国留学人员科研资助项目(2011-076),山西省研究生优秀创新项目(20123103)联合资助下展开,主要研究工作归纳如下: (1)在接触分形理论的基础上,结合三维分形表面的接触点大小分布函数和阻尼耗损机理,建立了结合面切向接触阻尼的三维分形模型。仿真结果表明:无量纲的切向接触阻尼会随着无量纲的法向接触载荷的不断增大而相应地增大,即两者之间为正相关的关系。但是,当表面分形维数取不同的数值时,无量纲的切向接触阻尼随着无量纲的法向接触载荷的变化速率有着较大的差别。无量纲特征长度尺度参数、塑性指数与摩擦因数对无量纲的切向接触阻尼均有一定的影响。 (2)基于分形理论和接触点的大小分布函数,考虑微凸体弹塑性变形阶段,建立了一种新的结合面切向接触刚度模型。该模型不仅修正了只考虑弹性和塑性的两阶段三维模型,而且改善了弹塑性接触点边界不连续的问题并且将仿真结果与两阶段的对比进一步揭示了结合面接触参数对其切向接触刚度的影响情况。 (3)基于三维接触分形理论和固定结合面切向接触阻尼耗能机理,建立了考虑弹塑性接触变形机制的固定结合面切向接触阻尼分形模型。模型仿真结果表明:切向接触阻尼会随着法向接触载荷的增大而增大;当表面分形维数小于等于2.5时,切向接触阻尼会随着分形维数的增大而增大;当表面分形维数大于2.5时,切向接触阻尼会随着分形维数的增大而减小。模型仿真结果也揭示了其它接触参数对切向接触阻尼的影响。最后,和忽略弹塑性的切向接触阻尼三维分形模型的仿真对比得出了理论上后者在描述工程实际问题中会更加符合实际情况。


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