宏觀—微觀熱彈塑性粗糙表面接觸問題的EFG-FE耦合方法.pdf

1、作為摩擦學(xué)研究的重要分支之一的接觸力學(xué)研究是分析摩擦磨損和潤滑問題的基礎(chǔ)。本文運(yùn)用近年來發(fā)展的在計(jì)算區(qū)域劃分及結(jié)點(diǎn)排布上較為靈活的無網(wǎng)格方法(Meshless Methods或Meshfree Methods)，通過采用較有效的表面形貌的描述方法，研究了表面粗糙度、彈塑性變形、摩擦熱和表面效應(yīng)等因素影響下的宏觀一微觀接觸機(jī)理，建立了一套較有效解決以上問題的數(shù)值計(jì)算方法。為工程機(jī)械接觸力學(xué)特性的預(yù)測，指導(dǎo)相關(guān)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)奠定了較好的基礎(chǔ)。

2、 本文介紹了無網(wǎng)格伽遼金(Element-Free Galerkin，EFG)方法的具體數(shù)學(xué)描述。研究了無網(wǎng)格伽遼金—有限元(Element-Free Galerkin-Finite Element，EFG—FE)耦合方法的基本原理和計(jì)算流程。通過算例討論了EFG方法中拉格朗日乘子和權(quán)函數(shù)影響域半徑對(duì)計(jì)算精度的影響，并驗(yàn)證了EFG-FE耦合方法的有效性。 運(yùn)用EFG-FE耦合方法求解真實(shí)粗糙表面彈塑性接觸問題。在對(duì)無網(wǎng)格區(qū)

3、域相關(guān)參數(shù)研究的基礎(chǔ)上，指出了用EFG-FE耦合方法求解接觸問題時(shí)的合理參數(shù)范圍。結(jié)果表明，無網(wǎng)格方法相比于有限元方法更能合理地反映材料在接觸過程的塑性變形行為。 提出了一種基于自適應(yīng)粗糙表面描述的彈塑性接觸模型。去除了對(duì)采用等間距結(jié)點(diǎn)描述的粗糙表面輪廓影響較小的結(jié)點(diǎn)。分析了不同閾值對(duì)自適應(yīng)表面彈塑性接觸力學(xué)特性的影響，在保證計(jì)算精度的同時(shí)大大節(jié)省了運(yùn)算時(shí)間和計(jì)算機(jī)資源。 建立了可考慮屈服應(yīng)力溫度相關(guān)的粗糙表面熱彈塑性接

4、觸模型。研究了摩擦力和不同熱輸入情況下圓柱體與彈塑性平面的接觸力學(xué)特性。研究表明，在考慮剪切摩擦力作用后，彈塑性接觸壓力分布不再關(guān)于接觸區(qū)域中軸線對(duì)稱而出現(xiàn)了“塌陷”現(xiàn)象。通過無網(wǎng)格方法解與有限元方法解比較發(fā)現(xiàn)不恰當(dāng)?shù)挠邢拊W(wǎng)格劃分會(huì)造成接觸壓力的數(shù)值震蕩，而無網(wǎng)格方法可避免這一現(xiàn)象的發(fā)生。發(fā)現(xiàn)忽略溫度相關(guān)效應(yīng)將高估最大接觸壓力而低估相應(yīng)外載荷下產(chǎn)生的接觸面積。求解了考慮屈服應(yīng)力溫度相關(guān)的粗糙表面熱彈塑性接觸問題，探討了摩擦熱效應(yīng)對(duì)表面