磨削表面的統(tǒng)計(jì)規(guī)律及接觸特性研究.pdf

1、本文在總結(jié)分析現(xiàn)有的研究方法與研究成果的基礎(chǔ)上，以實(shí)際測量的真實(shí)粗糙表面為研究對象，在有限元軟件中建立真實(shí)粗糙表面的接觸模型，研究磨削表面的統(tǒng)計(jì)規(guī)律及接觸特性。主要包括以下四個(gè)方面：
　　第一，粗糙表面的輪廓形貌及有限元模型的建立。通過表面粗糙度形狀測量儀獲得了45鋼試樣的粗糙表面輪廓數(shù)據(jù)，對輪廓數(shù)據(jù)的高度分布進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，表面輪廓的高度分布近似正態(tài)分布。利用真實(shí)粗糙表面輪廓建立二維有限元接觸模型。
　　第二，基于有限元方法

2、分析磨削表面的接觸性質(zhì)。通過計(jì)算有限元接觸模型獲得了在1~100MPa法向載荷作用下粗糙表面的接觸特性。隨著法向載荷的增大，接觸點(diǎn)數(shù)目快速上升，大多數(shù)接觸點(diǎn)進(jìn)入塑性狀態(tài)。接觸點(diǎn)承受的Mises應(yīng)力值逐漸趨于平均，應(yīng)力分布區(qū)域也逐漸增多，Mises應(yīng)力分布更加趨近正態(tài)分布規(guī)律。通過統(tǒng)計(jì)頻數(shù)直方圖和累積概率圖兩個(gè)方面將不同法向載荷下磨削表面的接觸間隙與正態(tài)分布進(jìn)行對比，接觸最先發(fā)生在接觸間隙的最低區(qū)域，接觸間隙在法向載荷的作用下不斷減小，接

3、觸間隙谷值的頻數(shù)差異越來越明顯。通過真實(shí)接觸點(diǎn)在輪廓曲線和累積概率圖上的分布情況，接觸點(diǎn)首先出現(xiàn)在輪廓峰頂且粗糙表面的接觸具有離散性，接觸點(diǎn)的分布幾乎都是在輪廓平均高度以上的區(qū)域。通過計(jì)算獲得的簡化模型的應(yīng)力云圖、接觸點(diǎn)數(shù)、接觸面積、法向位移、接觸點(diǎn)的Mises應(yīng)力值與原始的真實(shí)輪廓數(shù)據(jù)建立的有限元模型結(jié)果基本一致。表明實(shí)際進(jìn)入接觸狀態(tài)的區(qū)域是影響接觸計(jì)算結(jié)果的關(guān)鍵因素。而且簡化模型的計(jì)算量和計(jì)算時(shí)間大大減少。
　　第三，討論名義

4、接觸長度對粗糙表面接觸性質(zhì)的影響。名義接觸長度不斷減小的情況下，粗糙表面輪廓數(shù)據(jù)不再具有統(tǒng)計(jì)規(guī)律，不能真實(shí)地反應(yīng)粗糙表面輪廓數(shù)據(jù)所代表的規(guī)律。利用名義接觸長度不同的輪廓數(shù)據(jù)建立有限元模型，隨著名義接觸長度的減小，真實(shí)接觸點(diǎn)數(shù)和真實(shí)接觸面積減少，同時(shí)接觸面積比增大。即使名義接觸長度大大減少，也至少得有2個(gè)不同區(qū)域承受載荷，這樣才能達(dá)到平衡狀態(tài)。模型的接觸剛度起初隨著名義接觸長度的減小而升高，但是之后的接觸剛度表現(xiàn)出隨機(jī)性。這一結(jié)論的正確性

5、需要進(jìn)行更多試樣的計(jì)算和試驗(yàn)來驗(yàn)證。
　　第四，分析磨削表面輪廓的周期性。對磨削表面不同角度方向上的輪廓數(shù)據(jù)與正態(tài)分布對比，總體分布規(guī)律與正態(tài)分布相近，各個(gè)不同方向?qū)?yīng)的輪廓數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)規(guī)律是各向異性的。對磨削表面不同角度方向上的輪廓數(shù)據(jù)進(jìn)行頻譜分析，磨削表面的輪廓特征具有明顯的周期性和各向異性規(guī)律。對不同角度方向的輪廓數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波，說明高頻成分對輪廓形貌影響不大。保留低頻成分建立的接觸模型計(jì)算結(jié)果與原始模型結(jié)果基本一致，說明低頻成