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机械结合面切向接触阻尼能量耗散弹塑性分形模型

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机械工程学报 2013年第12期49卷 43-49页

作者：张学良王南山温淑花陈永会兰国生太原科技大学机械工程学院太原030024

基于MB接触分形理论及其修正模型和结合面切向阻尼损耗机理,在弹性和塑性变形机制基础上,考虑弹塑性过渡变形机制,建立计及微接触面积分布域扩展因子影响的结合面切向接触阻尼能量耗散的弹塑性分形模型;数值仿真结果显示,当分形维数D=1.... 详细信息

基于MB接触分形理论及其修正模型和结合面切向阻尼损耗机理,在弹性和塑性变形机制基础上,考虑弹塑性过渡变形机制,建立计及微接触面积分布域扩展因子影响的结合面切向接触阻尼能量耗散的弹塑性分形模型;数值仿真结果显示,当分形维数D=1.1～1.4时,弹塑性过渡变形机制对于结合面切向阻尼能耗的影响不明显;当分形维数D=1.6～1.9时,弹塑性过渡机制情况下切向阻尼能耗低于仅考虑弹性和塑性机制情况下的切向阻尼能耗;结合面量纲一切向接触阻尼耗能与量纲一法向总载荷之间是凹弧型非线性关系,分形维数D对量纲一切向阻尼损耗的影响因分形维数的取值区间不同而不同,在1.1～1.4,1.4～1.6,1.6～1.8,1.8～1.9不同取值区间影响不同,量纲一切向接触阻尼损耗随着分形粗糙度、塑性指数以及切向和法向载荷之比值的增大而增大。

关键词：机械结合面切向接触阻尼弹塑性分形模型能量耗散

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机械结合面微观接触模型及接触特性研究

机械设计与研究 2015年第4期31卷 69-74页

作者：王立华王鹏程杨竹何雨松昆明理工大学机电工程学院昆明650500

通过原子力显微镜(AFM)实测得到机械结合面的真实三维微观表面形貌,同时基于分形理论模拟仿真得到了机械结合面三维微观表面形貌,分析结果表明,分形模拟表面形貌能较好地模拟机械结合面的真实微观表面形貌。进一步分别以实测的结合面表... 详细信息

通过原子力显微镜(AFM)实测得到机械结合面的真实三维微观表面形貌,同时基于分形理论模拟仿真得到了机械结合面三维微观表面形貌,分析结果表明,分形模拟表面形貌能较好地模拟机械结合面的真实微观表面形貌。进一步分别以实测的结合面表面形貌和基于分形理论模拟的表面微观形貌建立结合面的三维表面微观接触模型,运用有限元法进行接触仿真分析,研究真实微观表面之间的微观弹性及弹塑性接触特性,通过仿真分析得到Z向位移、接触面积和接触压力与接触载荷间的关系曲线。结果表明,基于分形理论建立的机械结合面分形模拟微观接触模型可以替代实测真实微观接触模型进行仿真分析。本研究能为深入开展结合面微观作用机理的研究提供理论依据。

关键词：机械结合面微观接触特性分形理论

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考虑表面张力的机械结合面特性建模研究

振动与冲击 2020年第17期39卷 281-288,295页

作者：李玲王晶晶云强强史小辉蔡安江西安建筑科技大学机电工程学院西安710055

表面张力是物质表面层分子间存在的力,它对机械结合面的接触特性有着重要的影响。为此,采用Nayak随机过程模型表征各向同性表面上微凸体的高度与曲率分布,建立考虑表面张力的单个微凸体接触模型,通过高斯-切比雪夫求积公式求解验证了模... 详细信息

表面张力是物质表面层分子间存在的力,它对机械结合面的接触特性有着重要的影响。为此,采用Nayak随机过程模型表征各向同性表面上微凸体的高度与曲率分布,建立考虑表面张力的单个微凸体接触模型,通过高斯-切比雪夫求积公式求解验证了模型的正确性;基于统计学理论将单个微凸体的计算模型扩展到整个粗糙表面上,建立了新的结合面接触模型,揭示了表面张力对结合面接触载荷、真实接触面积以及接触刚度的影响规律。结果表明:当两表面间平均距离相同时,与传统不考虑表面张力的模型相比,新模型具有较大的接触载荷和接触刚度,较小的真实接触面积;当接触载荷增大时,真实接触面积增大的速率随着表面张力的增大而减小;接触刚度随着接触载荷或真实接触面积的增大而增大,且表面张力越大,递增速率越快。

关键词：机械结合面表面张力接触特性建模高斯-切比雪夫求积

考虑微凸体相互作用的机械结合面接触刚度模型

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机械工程学报 2017年第17期53卷 149-159页

作者：田小龙王雯傅卫平高志强娄雷亭吴洁蓓李鹏阳西安理工大学机械与精密仪器工程学院西安710048

为准确预测两粗糙表面的接触刚度,围绕考虑微凸体间发生相互作用时的法向结合面接触问题展开研究。基于圣维南原理和勒夫方程,建立微凸体相互作用所引起的局部变形量与局部接触载荷、两表面间压强、材料属性参数之间的函数关系;将其代... 详细信息

为准确预测两粗糙表面的接触刚度,围绕考虑微凸体间发生相互作用时的法向结合面接触问题展开研究。基于圣维南原理和勒夫方程,建立微凸体相互作用所引起的局部变形量与局部接触载荷、两表面间压强、材料属性参数之间的函数关系;将其代入KE弹塑性接触模型中,建立考虑微凸体相互作用的KE接触刚度模型,并提出数值迭代方法进行求解;之后,分析在不同塑性指数下微凸体相互作用对接触载荷、面积、刚度间关系产生的影响规律,并给出考虑微凸体相互作用的KE及ZMC模型接触刚度对比。研究表明:微凸体相互作用对于两表面间平均距离与接触载荷的关系有着明显的影响,这使得真实接触面积与接触刚度与原未考虑微凸体相互作用的KE模型有明显差异,且随着塑性指数的增大,差异随之变小。最后,通过试验对考虑与未考虑微凸体相互作用的KE及ZMC模型接触刚度计算结果进行验证,试验对比分析表明:建立的考虑微凸体相互作用的KE接触刚度模型更加贴近试验结果。

关键词：机械结合面微凸体相互作用接触刚度 KE模型

机械结合面法向静、动态基础特性参数的建模研究

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机械结合面法向静、动态基础特性参数的建模研究

作者：娄雷亭西安理工大学

学位级别：硕士

随着现代机械日益向高速、高效、高精度发展,对机床等机械设备整机静、动态特性研究提出了更高的要求。机械零部件之间的结合面静、动态特性是影响整机的重要因素,因此,结合面特性参数的研究对于提升高端装备制造具有重要的学术意义和... 详细信息

随着现代机械日益向高速、高效、高精度发展,对机床等机械设备整机静、动态特性研究提出了更高的要求。机械零部件之间的结合面静、动态特性是影响整机的重要因素,因此,结合面特性参数的研究对于提升高端装备制造具有重要的学术意义和应用价值。本文围绕结合面基础特性参数即接触刚度和接触阻尼,从微凸体微观建模分析入手,以结合面法向静态接触加卸载模型为基础,利用泰勒公式,分别建立不考虑和考虑微凸体相互作用的结合面法向动态接触刚度和接触阻尼理论计算模型。主要研究内容如下。(1)建立了等效粗糙表面与光滑刚性平面的法向静态加卸载统一接触模型。利用前人的微凸体卸载模型,推导了考虑弹性、弹塑性和塑性变形的法向加卸载统一接触模型;对无量纲化后的接触模型进行MATLAB仿真,分析了静态加卸载对结合面接触变形、接触面积以及接触刚度的影响。研究表明:结合面的卸载载荷取决于加载载荷的最大值,卸载后,存在弹塑性变形和塑性变形的微凸体不能完全恢复,从而使得结合面存在残余变形;接触面积与接触刚度随接触载荷的增大而增大,且卸载后,接触面积随载荷变化大于加载时的接触面积,卸载接触刚度小于加载接触刚度;随着塑性指数的增大,接触刚度也逐渐增大。(2)提出了不考虑微凸体相互作用的法向动态接触刚度及接触阻尼计算模型。在所建立的法向静态加卸载接触模型中引入法向动态位移,利用泰勒公式,将静态加卸载接触模型在结合面静态变形附近进行展开,由此建立动态接触刚度计算模型;同时,通过推导结合面在一个振动周期内的能量耗散和对应等效粘性阻尼,建立接触阻尼计算模型;利用MATLAB进行仿真,获得了激振频率、法向相对位移幅值以及静态载荷对动态接触刚度和接触阻尼的影响规律。研究表明:动态相对位移幅值越大,动态接触刚度增量越大,接触阻尼也越大;激振频率越大,动态接触刚度呈非线性增大,而接触阻尼却呈反比例函数减小;法向预载荷越大,动态接触刚度增量和接触阻尼也随之增大。(3)提出了考虑微凸体相互作用的法向接触刚度模型、动态接触刚度及接触阻尼计算模型。将微凸体相互作用引入前两部分所建立的结合面静、动态接触模型中,建立了考虑微凸体相互作用的法向静、动态接触刚度及接触阻尼计算模型,利用数值迭代方法对计算模型进行求解,将仿真结果与不考虑相互作用的模型进行了对比,分析了微凸体相互作用对动态接触刚度和接触阻尼产生的影响。研究表明:引入微凸体相互作用后,法向静态接触刚度与未考虑相互作用时的相比变化规律相同,只是接触刚度值偏低;引入微凸体相互作用后,动态激振频率、法向相对位移幅值以及法向预载荷对法向动态接触刚度和接触阻尼的影响规律与不考虑相互作用的模型一致,但动态接触刚度增量变化幅度减小,而接触阻尼的法向预载荷增大。(4)在结合面基础特性参数实验平台上,对铣削加工的45钢配对结合面进行静、动态实验,获得了法向静态刚度与预载荷、动态接触刚度和接触阻尼与法向预载荷、激振频率、动态相对位移幅值之间的实验规律,将其与理论模型计算结果进行对比。研究表明:考虑相互作用的法向静态接触刚度小于不考虑相互作用的静态接触刚度,但与实验结果更加接近;两种动态接触刚度及接触阻尼模型与实验所得的结果变化规律相同,不考虑相互作用的接触刚度增量和接触阻尼随各因素变化规律幅度与实验结果偏离程度较大,而考虑相互作用的接触刚度增量和接触阻尼随各因素变化规律幅度与实验结果更加接近,从而验证了考虑微凸体相互作用的法向静、动态接触模型的准确性和有效性。

关键词：机械结合面微凸体加卸载接触刚度接触阻尼法向

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机械结合面接触刚度超声波检测方法研究

中国测试 2015年第8期41卷 8-12页

作者：唐伟鑫殷勤赵秀粉殷国富赵越李猛四川大学制造科学与工程学院四川成都610065

针对检查机械产品结合部接触刚度特性的需要,进行超声波测量结合面接触刚度与超声波检测频率相关性的研究,基于简单弹簧模型设计一种用超声波测量两钢块结合部接触刚度的实验方案。实验结果表明:超声波反射系数随超声波频率增大而增大;... 详细信息

针对检查机械产品结合部接触刚度特性的需要,进行超声波测量结合面接触刚度与超声波检测频率相关性的研究,基于简单弹簧模型设计一种用超声波测量两钢块结合部接触刚度的实验方案。实验结果表明:超声波反射系数随超声波频率增大而增大;作用于结合面的压力较小时,超声波测量接触刚度随频率没有明显变化;作用于结合面的压力较大时,超声波测量接触刚度随频率有一定波动。在结合面上加入润滑油,模拟工程实践中结合面状态,实验结果表明:因结合面上油膜的存在,在同样大小压力作用下超声波测量的接触刚度相对无油膜时增大。通过以上分析可知简单弹簧模型是有效的,机械结合面处的相互作用可用一个刚度可变的弹簧等效。

关键词：机械结合面超声波接触刚度频率油膜

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界面因素对机械结合面超声传播的影响

润滑与密封 2020年第12期45卷 1-6,12页

作者：韩婷樊建春田春萌刘书杰中国石油大学(北京)安全与海洋工程学院北京102249 中海油研究总院北京100027

利用超声脉冲回波法可以测量机械结合面间的压力分布,但是其测量精度受界面接触条件的影响,如压力加载历史、表面粗糙度、接触介质等。根据超声在接触界面的传播机制,分析得到接触界面回波能量系数与界面接触压力之间的关系模型;搭建室... 详细信息

利用超声脉冲回波法可以测量机械结合面间的压力分布,但是其测量精度受界面接触条件的影响,如压力加载历史、表面粗糙度、接触介质等。根据超声在接触界面的传播机制,分析得到接触界面回波能量系数与界面接触压力之间的关系模型;搭建室内超声检测系统,加工不同粗糙度的接触表面,准备不同的润滑介质,对不同接触条件的试件进行压力加载试验,得到结合面回波能量系数随压力变化的曲线。结果表明:首次加载过程所得曲线明显区别于后几次加载,随循环次数的增加,所得曲线逐渐趋于重合;相同接触压力下,接触表面粗糙度越大,回波能量系数越大;相同接触压力下,接触介质的物质属性不同以及与不同粗糙度的表面相互作用时,回波能量系数有所不同。研究表明,载荷加载历史、接触表面形貌及接触介质都是影响超声在接触界面传播的主要因素,研究结果对结合面接触应力分布的准确测量具有参考价值。

关键词：机械结合面接触条件超声回波能量系数

基于改进粒子群与神经网络的机械结合面法向刚度建模

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农业机械学报 2011年第3期42卷 219-223,233页

作者：杨红平傅卫平师彪王雯杨世强王伟西安理工大学机械与精密仪器工程学院西安710048 西安理工大学水利水电学院西安710048

为了提高机械结合面法向接触刚度预测精度,提出一种改进粒子群优化算法,并用改进粒子群算法优化BP神经网络的参数组合,实现了粒子群和BP神经网络相结合的算法模型。将影响结合面法向接触刚度的因素进行了特征分析和定量化描述,并用该算... 详细信息

为了提高机械结合面法向接触刚度预测精度,提出一种改进粒子群优化算法,并用改进粒子群算法优化BP神经网络的参数组合,实现了粒子群和BP神经网络相结合的算法模型。将影响结合面法向接触刚度的因素进行了特征分析和定量化描述,并用该算法进行法向接触刚度预测和相对误差分析。计算结果表明,计算准确度可达92%,实现了多种影响因素组合下的机械结合面法向接触刚度的建模。

关键词：机械结合面法向刚度改进粒子群算法 BP神经网络模型

机械结合面接触特性参数的理论与实验研究综述

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天水师范学院学报 2015年第2期35卷 54-59页

作者：杨红平赵荣珍李维谦天水师范学院机电与汽车工程学院甘肃天水741001 兰州理工大学机电工程学院甘肃兰州730050 天水星火机床责任有限公司甘肃天水741024

机械零部件之间的接触性能对装备的静动态、振动、运动响应等性能有着重要影响.通过对该领域相关文献的分析和归纳,总结出机械结合面特性参数的理论计算和实验方法的基本框架以及这些理论方法之间的相联系,为机械动力学的建模和计算提... 详细信息

机械零部件之间的接触性能对装备的静动态、振动、运动响应等性能有着重要影响.通过对该领域相关文献的分析和归纳,总结出机械结合面特性参数的理论计算和实验方法的基本框架以及这些理论方法之间的相联系,为机械动力学的建模和计算提供系统的研究思路.

关键词：机械结合面接触特性参数建模实验