基于分形理論的結(jié)合面接觸剛度與摩擦力建模及分析.pdf

1、機(jī)械零部件之間通過(guò)裝配形成的結(jié)合部稱為結(jié)合面，在復(fù)雜動(dòng)載荷的作用下，結(jié)合面之間將出現(xiàn)微觀或宏觀的振動(dòng)位移，加劇結(jié)合面的摩擦磨損，二者相互影響，激發(fā)結(jié)合面的振動(dòng)-摩擦現(xiàn)象，導(dǎo)致系統(tǒng)表現(xiàn)出復(fù)雜的動(dòng)態(tài)特性。因此，開展結(jié)合面動(dòng)態(tài)特性研究，無(wú)論從理論上還是從實(shí)際應(yīng)用上都具有十分重要的意義。
　　本文以固定微觀粗糙結(jié)合面為研究對(duì)象，在處理考慮域擴(kuò)展因子影響的結(jié)合面微觀接觸參數(shù)分形預(yù)估模型、可視化編程語(yǔ)言可視化界面設(shè)計(jì)、該類型結(jié)合面有限元?jiǎng)恿W(xué)

2、模型的建立和實(shí)驗(yàn)等方面做了以下工作:
　　(1)查閱大量國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)，從三個(gè)方面總結(jié)了國(guó)內(nèi)外機(jī)械結(jié)合面的研究現(xiàn)狀:機(jī)械結(jié)合面接觸模型研究現(xiàn)狀、機(jī)械結(jié)合面動(dòng)態(tài)特性研究現(xiàn)狀以及摩擦學(xué)的分形研究現(xiàn)狀。論述了結(jié)合面建模及其動(dòng)態(tài)特性的研究成果以及存在的不足。
　　(2)建立考慮域擴(kuò)展因子影響的結(jié)合面接觸剛度分形預(yù)估模型，并通過(guò)數(shù)值仿真探討結(jié)合面的各相關(guān)參數(shù)對(duì)結(jié)合面接觸剛度的影響規(guī)律。
　　(3)以一對(duì)接觸微凸體運(yùn)動(dòng)學(xué)分析和接觸力學(xué)

3、分析為基礎(chǔ)，綜合機(jī)械變形和分子作用的雙重影響，并借助于分形幾何理論，建立了不受表面形貌模型限制的非流體動(dòng)力潤(rùn)滑下的摩擦力分形預(yù)估模型。通過(guò)數(shù)值仿真，系統(tǒng)研究了微觀條件下分形維數(shù)、分形尺度參數(shù)和材料參數(shù)對(duì)滑動(dòng)摩擦力的影響。提出了結(jié)合面靜摩擦系數(shù)分形模型，研究了該模型用于進(jìn)行預(yù)測(cè)結(jié)合面靜摩擦系數(shù)的可行性。
　　(4)將可視化編程語(yǔ)言與結(jié)合面接觸剛度分形預(yù)估模型相結(jié)合，通過(guò)可視化窗體建立用戶界面，將復(fù)雜的公式隱藏起來(lái)，通過(guò)簡(jiǎn)單輸入材料的

4、基本參數(shù)，例如彈性模量、分形維數(shù)、尺度參數(shù)、密度等，就可以在界面中直接顯示出接觸剛度。
　　(5)以THK公司HSR25A型號(hào)直線滾動(dòng)導(dǎo)軌為研究對(duì)象，首先利用ANSYS軟件分別對(duì)自由狀態(tài)和兩端約束兩種情況進(jìn)行模態(tài)分析，得到了前12階固有頻率和相應(yīng)的陣型;其次對(duì)試件進(jìn)行模態(tài)實(shí)驗(yàn)，通過(guò)求出導(dǎo)軌結(jié)合面法向剛度和切向剛度，以此來(lái)驗(yàn)證考慮域擴(kuò)展因子影響的法向剛度分形模型和切向剛度分形預(yù)估模型的有效性。通過(guò)求出前6階固有頻率來(lái)驗(yàn)證有限元分析模