專利名稱：一種確定固定結(jié)合面法向接觸剛度的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種確定固定結(jié)合面法向接觸剛度的方法，具體是一種基于結(jié)合面兩個(gè)接觸表面的微觀形貌，采用測(cè)試接觸電阻的方法來反推接觸剛度的方法。
背景技術(shù)：
結(jié)合面的特性與機(jī)械結(jié)構(gòu)的靜特性、動(dòng)特性及振動(dòng)與振動(dòng)控制都存在著密切的關(guān)系，從20世紀(jì)60年代開始，各國學(xué)者就已經(jīng)對(duì)結(jié)合面的問題從宏觀到微觀、從現(xiàn)象到本質(zhì)展開了大量的研究。由于影響結(jié)合面特性參數(shù)的因素眾多，其作用機(jī)理復(fù)雜，且具有強(qiáng)烈的非線性特性，結(jié)合面作用機(jī)理的本質(zhì)至今仍未被完全了解和揭示。由于結(jié)合面的兩個(gè)接觸表面在微觀尺度下是粗糙不平的，結(jié)合面的接觸實(shí)際上是兩個(gè)粗糙表面上離散微凸體的接觸，因此從微觀角度對(duì)結(jié)合面的接觸情況展開研究將有助于進(jìn)一步揭示結(jié)合面作用機(jī)理的本質(zhì)。由于結(jié)合面的微觀接觸，產(chǎn)生了一系列相關(guān)的特性參數(shù)，如接觸電阻、接觸熱阻、 接觸剛度等。由于結(jié)合面特性參數(shù)都與微凸體的接觸有關(guān)，因此它們之間存在著密切的關(guān)系，如果能夠得到這種參數(shù)之間的關(guān)系，那么完全可以在已知某種參數(shù)的情況下推出結(jié)合面的其他特性參數(shù)。結(jié)合面的接觸剛度作為重要的結(jié)合面特性參數(shù)之一，對(duì)復(fù)雜機(jī)械系統(tǒng)的整機(jī)變形、振動(dòng)都有顯著影響，因此對(duì)結(jié)合面接觸剛度展開研究將有利于完善結(jié)合特性參數(shù)模型。 目前無論是理論還是實(shí)驗(yàn)對(duì)結(jié)合面接觸剛度都有大量的研究，但這些研究仍存在以下問題首先，在理論研究方面，將結(jié)合面兩個(gè)粗糙表面的接觸簡化為剛性平面和等效粗糙面的接觸，同時(shí)，在計(jì)算結(jié)合面特性參數(shù)時(shí)，均假設(shè)表面峰高或者接觸點(diǎn)數(shù)服從某種函數(shù)分布， 通過對(duì)此函數(shù)的積分來計(jì)算接觸參數(shù)，沒有考慮微觀表面實(shí)際三維粗糙峰的空間分布；其次，在實(shí)驗(yàn)測(cè)量方面，結(jié)合面接觸剛度與結(jié)合面的接觸載荷及接觸變形有關(guān)，而結(jié)合面的接觸變形由于是微米級(jí)，不容易實(shí)現(xiàn)測(cè)量，因此對(duì)變形測(cè)量傳感器的要求高，導(dǎo)致結(jié)合面接觸剛度測(cè)量實(shí)驗(yàn)臺(tái)的成本高且測(cè)量步驟復(fù)雜。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)固定結(jié)合面接觸電阻比法向接觸剛度容易測(cè)量的現(xiàn)狀，結(jié)合理論計(jì)算與實(shí)驗(yàn)測(cè)試，提出一種間接獲得結(jié)合面法向接觸剛度的新方法。本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)，主要步驟包括(一 )測(cè)量并后處理接觸表面微觀形貌利用三維形貌測(cè)量儀器分別獲得結(jié)合面處兩個(gè)接觸表面的微觀形貌數(shù)據(jù)，用旋轉(zhuǎn)拋物體擬合接觸表面的微凸體，并提取各個(gè)擬合微凸體的形狀參數(shù)及其頂點(diǎn)在接觸表面上的空間位置坐標(biāo)即X、I、Z坐標(biāo)。( 二 )建立結(jié)合面接觸電阻Rc與法向接觸剛度Ktot之間的關(guān)系(I)建立結(jié)合面接觸電阻Rc的表達(dá)式
對(duì)單對(duì)微凸體側(cè)接觸進(jìn)行接觸受力分析，如圖I所示，根據(jù)接觸力學(xué)可得到接觸區(qū)域的接觸面積A與接觸表面之間的距離d之間的關(guān)系A(chǔ) = A (d)，則接觸面積A在接觸表面上的投影An的表達(dá)式為-An = Acos Θ，其中，Θ為接觸角。單對(duì)微凸體接觸時(shí)若接觸區(qū)域?yàn)閳A，則接觸電阻R的表達(dá)式為
權(quán)利要求
1.一種確定固定結(jié)合面法向接觸剛度的方法，其特征在于，包括以下步驟(一)測(cè)量并后處理接觸表面微觀形貌利用三維形貌測(cè)量儀器分別獲得結(jié)合面處兩個(gè)接觸表面的微觀形貌數(shù)據(jù)，用旋轉(zhuǎn)拋物體擬合接觸表面的微凸體，并提取各個(gè)擬合微凸體的形狀參數(shù)及其頂點(diǎn)在接觸表面上的空間位置坐標(biāo)即x、y、z坐標(biāo)；(二 )建立結(jié)合面接觸電阻Rc與法向接觸剛度Kttrt之間的關(guān)系(1)建立結(jié)合面接觸電阻Rc的表達(dá)式對(duì)單對(duì)微凸體側(cè)接觸進(jìn)行接觸受力分析，根據(jù)接觸力學(xué)得到接觸區(qū)域的接觸面積A與接觸表面之間的距離d之間的關(guān)系A(chǔ) = A(d)，則接觸面積A在接觸表面上的投影An的表達(dá)式為:
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于A = A (d)，具體表達(dá)式為 r πβ{τ)δ,
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的方法，其特征在于
4.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的方法，其特征在于
全文摘要
本發(fā)明的目的是針對(duì)固定結(jié)合面接觸電阻比法向接觸剛度容易測(cè)量的現(xiàn)狀，結(jié)合理論計(jì)算與實(shí)驗(yàn)測(cè)試，提出一種間接獲得結(jié)合面法向接觸剛度的新方法。本發(fā)明根據(jù)測(cè)量并后處理接觸表面微觀形貌，建立結(jié)合面接觸電阻RC與法向接觸剛度Ktot之間的關(guān)系。首先建立結(jié)合面接觸電阻RC的表達(dá)式；然后建立結(jié)合面接觸電阻Ktot的表達(dá)式；最后建立接觸電阻RC與法向接觸剛度Ktot的關(guān)系。本發(fā)明結(jié)克服了法向接觸剛度不易測(cè)量且測(cè)量成本高的缺點(diǎn)；該方法考慮了兩個(gè)粗糙表面的彈塑性接觸，考慮了更全面、準(zhǔn)確的實(shí)際表面形貌信息。
文檔編號(hào)G01N27/04GK102608167SQ20121003883
公開日2012年7月25日 申請(qǐng)日期2012年2月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月20日
發(fā)明者劉春青, 莊艷, 李寶童, 杜飛, 洪軍 申請(qǐng)人:西安交通大學(xué)