圓柱形和球形三維粗糙表面接觸特性研究.pdf

1、宏觀領(lǐng)域通常認(rèn)為光滑平坦的機(jī)械零件表面，從微觀領(lǐng)域觀測(cè)都是凹凸不平的，這直接導(dǎo)致兩表面在接觸過(guò)程中，接觸面積的真實(shí)值將遠(yuǎn)小于名義值，使得較小的面積承受過(guò)大的載荷，從而導(dǎo)致零件失效。為了有效提高產(chǎn)品使用壽命和效率，正確表征接觸載荷與真實(shí)接觸面積之間的關(guān)系極為重要。
　　本論文基于分形理論建立了三維圓柱形以及球形粗糙表面的力學(xué)模型，采用W-M函數(shù)模擬了與分形維數(shù)D，形貌尺度參數(shù)G有關(guān)的圓柱形和球形粗糙表面等效輪廓；獲得了圓柱形以及球形

2、粗糙表面接觸過(guò)程中的接觸特性；并通過(guò)分析復(fù)原經(jīng)典彈性Hertz理論的結(jié)果對(duì)其驗(yàn)證。針對(duì)于此，研究?jī)?nèi)容以及獲得結(jié)論主要如下所示：
　　首先，本文基于Weierstrass-Mandelbrot函數(shù)，對(duì)二維粗糙表面和三維圓柱形以及球形粗糙表面進(jìn)行數(shù)值模擬與表征；探討并分析W-M函數(shù)中各相關(guān)參數(shù)對(duì)二維以及三維表面形貌的影響。
　　其次，本文推導(dǎo)了單個(gè)微凸體發(fā)生彈性，彈塑性以及完全塑性變形的存在條件；對(duì)傳統(tǒng)的微凸體面積密度分布函數(shù)進(jìn)

3、行改進(jìn)，獲得圓柱形以及球形粗糙表面不同小份上各等級(jí)微凸體的面積密度分布函數(shù)；最終得到整個(gè)圓柱形和球形粗糙表面的無(wú)量綱接觸載荷與無(wú)量綱真實(shí)接觸面積之間的關(guān)系表達(dá)式。研究結(jié)果表明：粗糙表面中微凸體的臨界變形量以及接觸面積是尺度相關(guān)的，并且微凸體的變形順序?yàn)閺椥宰冃?，彈塑性變形和完全塑性變形。圓柱形和球形粗糙表面的力學(xué)性能與微凸體的分布范圍相關(guān)；當(dāng)前六個(gè)等級(jí)的微凸體小于等于臨界彈性等級(jí)，粗糙表面表現(xiàn)出近似的彈性性質(zhì)，當(dāng)前六個(gè)等級(jí)的微凸體大于臨