微织构曲面的结合面的接触阻尼特性研究

研究微织构曲面结合面上的表面形貌参数对曲面结合面接触阻尼的影响。分析结合面阻尼来源,建立了结合面单个微凸体阻尼的数学模型。进一步的,以平面微凸体的分布密度函数为理论依据计算曲面接触微凸体的数量,并研究曲面结合面上织构密度、材料特性参数,以及施加的动态载荷的频率和幅值对接触阻尼的影响。经过研究及实例分析结果表明:织构密度越高,曲面结合面间的接触阻尼越小;随着材料特性参数的增大,法向接触阻尼越来越大;伴随振动频率加大,相同的载荷下接触阻尼逐渐减小;动态变形幅值越大,接触阻尼越大。

微凸体相互作用的圆柱面切向接触阻尼模型

基于三维分形接触理论,引入曲面接触系数,建立了考虑摩擦和微凸体相互作用的圆柱面切向接触阻尼分形模型,应用MATLAB对该模型进行仿真,结果表明:切向接触阻尼随着法向载荷、分形维数、切法载荷比、材料的特性参数和曲率半径的增大而增大,随着分形粗糙度参数和摩擦系数的增大而减小;两圆柱面内接触比外接触所形成的切向接触阻尼要大。另外,将所建模型与只考虑摩擦的情况进行对比,发现微凸体相互作用会增大切向接触阻尼。该研究为高副结合面动力学分析提供了一定的理论基础。

机械结合面切向接触阻尼能量耗散弹塑性分形模型

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。

平面结合面切向接触阻尼分形模型及其仿真

基于接触分形理论和结合面接触阻尼耗能机理,以及球体与平面接触时的阻尼耗能理论,建立了平面结合面切向接触阻尼的分形模型,通过数值仿真直观揭示了平面结合面切向接触阻尼耗能与结合面法向载荷以及结合面表面粗糙轮廓分形维数之间的非线性关系.仿真结果表明:平面结合面切向接触阻尼的耗能随着结合面法向载荷的增大而减小;当结合面表面粗糙轮廓分形维数小于等于1.2时,平面结合面切向接触阻尼耗能随结合面表面粗糙轮廓分形维数的增大而增大;当结合面表面粗糙轮廓分形维数大于1.2时,平面结合面切向接触阻尼耗能随结合面表面粗糙轮廓分形维数的增大而减小.仿真结果验证了模型的有效性.

考虑摩擦因素影响的结合面切向接触阻尼分形预估模型及其仿真

为准确计入结合面表面微观形貌对结合面的影响,提出结合面的'固-隙-固'接触模型。基于该接触模型和接触分形理论以及赫兹理论,建立考虑摩擦因素影响的结合面切向接触阻尼的分形预估模型,并通过数值仿真研究揭示有关参数对结合面切向接触阻尼的影响,为后续结合面动力学建模和动力学特性分析做准备。仿真分析结果表明:结合面的切向接触阻尼随结合面实际接触面积的增大而增大;随结合面法向载荷的增大而减小;随结合面间摩擦因数的增大而趋于恒定;实际接触面积影响cte*-μ曲线转折点(即临界摩擦因数μc)的位置,随着实际接触面积的增大,临界摩擦因数μc亦同时增大;不同的分形维数取值,尤其是分形维数取值在临界值(D=1.55)的两侧时,结合面间的接触行为存在较大差异。

新的柔性结合部法向接触刚度和接触阻尼方程

以修正分形几何学理论和赫兹法向接触力学方程为基础,推导出了柔性结合部法向接触刚度与阻尼方程。假设峰元顶端的曲率半径为变量,提出了一种全新的求导函数而非偏导函数的求解方法,建立了单峰元与平面接触的法向接触刚度方程。数值模拟表明:峰元承担的法向弹性载荷与其顶端的变形量之间符合非线性幂函数凹弧关系;降低表面粗糙度或增加法向接触载荷都将增大实际接触面积;当表面粗糙轮廓分形维数在较小范围内时,实际接触面积随着表面粗糙轮廓分形维数的增加而增大,而当表面粗糙轮廓分形维数在较大范围内时,实际接触面积随着表面粗糙轮廓分形维数的增加而变小;降低表面粗糙度或增加表面粗糙轮廓分形维数与法向接触载荷皆将增加法向接触刚度;法向接触阻尼随着表面粗糙轮廓分形维数的增加先减小后增大;当表面粗糙轮廓分形维数小于临界值时,法向接触阻尼随着分形粗糙度的增大而增大,而当表面粗糙轮廓分形维数超过转折点时,法向接触阻尼随着分形粗糙度的增大而减小;当法向接触载荷增大时,法向接触阻尼略微减小。

基于分形理论的齿面法向接触阻尼计算模型

为了建立更为准确的微观尺度下齿面法向阻尼分形模型,以M-B模型为基础,利用存在摩擦时的弹塑性变形临界接触面积计算理论,并结合前期获得的两圆柱体接触面积分布公式,推导了考虑摩擦因素的齿面法向接触阻尼分形模型。通过MATLAB仿真,获得了模型中主要参数对分形接触模型影响的预测分析。结果表明:齿面法向接触阻尼在齿轮啮合过程中呈周期性变化,且随着法向载荷的增加而上升;摩擦系数与法向接触阻尼成正比关系;随着分形维数的增加,法向接触阻尼先下降后上升再下降;法向接触阻尼随着材料特性参数的变大而减小,随着粗糙度幅值参数的增加而下降;齿轮从初始啮合到结束啮合的过程中,法向接触阻尼由大变小;内接触的法向接触阻尼大于外接触。该模型的研究为后续进行齿轮动力学分析提供一定的理论参考。

机械结合面切向接触阻尼计算模型

针对两粗糙表面在法向力和切向力共同作用下相互接触时结合面切向阻尼的问题进行了研究.首先,根据KE模型对单个微凸体在弹性、弹塑性、塑性变形阶段的切向接触行为进行了分析,获得了微凸体在3个变形阶段的黏滑特性;然后,基于GW统计模型建立了一种在微凸体法向弹性、弹塑性和塑性变形机制基础上,考虑微凸体黏滑摩擦行为的机械结合面切向接触阻尼统计模型;最后,分别讨论了机械结合面的法向预载荷、切向激振频率和切向动态位移幅值对机械结合面切向阻尼的影响.研究表明:结合面切向接触阻尼系数随着结合面法向载荷的增大而增大,随着切向激振频率和切向动态位移幅值的增大而减小;在高频率、大幅值下,结合面切向接触阻尼系数几乎与动态位移幅值和激振频率无关.为了验证模型的准确性,构建了动态切向力作用下的结合面切向阻尼试验,其试验结果与理论仿真变化规律与量级基本一致,从而证明了所提出的切向阻尼模型的有效性.

结合面切向接触阻尼三维分形模型

基于分形理论,考虑摩擦因素的影响,应用描述三维粗糙表面形貌的W-M函数,推导了结合面切向阻尼能耗和切向等效黏性阻尼三维分形模型。使用Matlab软件进行仿真分析,结果显示:结合面的切向阻尼能耗随着法向总载荷、摩擦因数的增大而减小,随着材料塑性指数、切法向载荷比、分形粗糙度参数的增大而增大;结合面的切向接触阻尼能耗和分形维数之间的关系比较复杂;结合面的切向接触等效黏性阻尼随着摩擦因数、分形粗糙度参数的增大而减小,随着法向总载荷、切法向载荷比、材料塑性指数的增大而增大;结合面的切向接触等效黏性阻尼随着分形维数增大先增大后减小,在分形维数等于2.7附近时取最大值;当分形维数等于2.1~2.5时,结合面的切向接触等效黏性阻尼和法向总载荷呈现明显的非线性关系;当分形维数2.5~2.9时,结合面的切向接触等效黏性阻尼和法向总载荷趋于线性关系。

结合面接触阻尼对模态耦合系统不稳定性影响

针对目前结合面微观形貌对由摩擦和系统结构双重引起的模态耦合系统不稳定性影响的理论研究缺少,尝试从微观角度解释结合面的接触阻尼特性对宏观系统的影响。对车辆制动盘制动工况进行抽象综合,给出了两自由度系统的物理和数学模型,其中的接触阻尼部分采用给出的接触阻尼分形模型。分别阐释了接触阻尼比、摩擦因数、系统固有频率比及它们间的耦合效应,对系统不稳定的影响。研究方法和结果可更深入地理解结合面接触阻尼对宏观系统的影响,有一定的理论意义;同时在深入理解接触阻尼对系统不稳定的影响下可逆向反推来加工制造合适的结合面参数(分形维数D和分形尺度系数G)。

考虑分布域扩展因子的结合面法向接触阻尼建模

为了准确计入微凸体接触面积分布对结合面特性的影响,提出了考虑分布域扩展因子的结合面法向接触阻尼分形模型。以分形理论为基础,采用Majumda-Bhushan修正模型,引入微接触大小分布域扩展因子,分析了结合面法向总载荷与接触面积的关系。利用阻尼耗能机理,提出了将结合面法向接触特性等效为弹簧和黏性阻尼器的动力学系统,推导出结合面法向接触阻尼损耗因子,进而建立结合面法向接触阻尼模型,并进行了归一化处理。仿真结果表明:结合面归一化法向接触阻尼随着分形维数的增大而增大,随着应变指数的增大而减小;归一化法向接触载荷和归一化分形粗糙度参数对结合面归一化法向接触阻尼的影响趋势均与分形维数所处范围有关。线轨滑台上进行的试验表明:试验模态参数与理论模态分析结果一致,所提模型能够准确地描述结合面的动态特性。

一个新的干摩擦结合部法向接触阻尼方程

依照矫正分形几何学理论与Hertz法向接触力学方程,建立新柔性结合部法向接触阻尼方程.考虑变化凸起顶端曲率半径与连续载荷,推出一种求导函数但非偏导函数获取办法,构建2个凸起之间互相作用的法向接触刚度方程.研究结果表明:法向接触阻尼随着表面粗糙轮廓分形维数的增大而先下降后增加;当表面粗糙轮廓分形维数小于第一拐点时,法向接触阻尼随着分形粗糙度的增大而增大;当表面粗糙轮廓分形维数大于第一拐点时,法向接触阻尼随着分形粗糙度的增大而减小;法向接触阻尼随着法向接触载荷的增大而先减小后增大.仿真曲线图中的2个拐点和1个极小值点为干摩擦结合部接触参数的优化设计提供了依据.

螺栓结合面接触刚度和接触阻尼

本文采用优化迭代计算和动态测试相结合的方法,研究不同结合条件对螺栓结合面接触刚度和接触阻尼的影响,并提出了改善结合面接触刚度和接触阻尼的途径。

固定结合面法向接触阻尼三维分形模型

基于分形理论,考虑了摩擦因素的影响和微凸体的变形过程,将结合面法向接触动力学模型等效为弹簧和粘性阻尼器,建立了固定结合面法向接触阻尼模型及结合面间阻尼损耗因子模型。仿真结果表明,结合面法向接触阻尼系数随着分形维数、无量纲分形粗糙度参数增大而增大,随着无量纲法向接触载荷增大而减小;结合面无量纲法向接触阻尼随着分形维数的增大而增大,随着应变指数的增大而减小;无量纲法向接触载荷,无量纲分形粗糙度参数以及摩擦系数对结合面无量纲法向接触阻尼的影响趋势均与分形维数所处范围有关。

齿形结合面法向接触阻尼理论分析与实验研究

针对装载齿形防松垫圈的螺栓联接结构对接触阻尼展开研究,以接触分形理论为基础,将齿面与平面的接触进行等效简化,建立了结合面法向接触阻尼及损耗因子分形模型,分析了法向载荷和接触面积对接触阻尼的定性影响,建立了装有齿形防松垫圈的螺栓联接悬臂梁结构实验台,开展了阻尼比检测实验.理论分析和实验结果均表明齿形结合面的接触阻尼随着法向载荷的增大而减小、随着接触面积的增大而减小.

对螺栓结合部接触刚度和接触阻尼识别法的研究

本文以立柱型螺栓结合部(以后简称结合部)为研究对象,在建立起其动力学模型的基础上,应用非线性生优化与实验动态测试相结合,提出了一种识别螺栓结合部接触刚度和接触阻尼的方法,最后对识别结果和动态测试结果作了比较。比较结果表明,该方法以及与之相应的程序是行之有效的。

基于试验和薄层单元仿真的接触阻尼识别方法

接触刚度和阻尼是影响螺栓连接的装配结构动力学特性的关键参数,为了实现接触刚度和阻尼的同时识别,在前期开展的螺栓连接结构接触刚度识别的基础上,提出一种基于试验和薄层单元仿真的接触阻尼识别方法。通过在单螺栓连接结构中巧妙引入试验垫片,试验获得有界、对称且均匀接触状态下结构的固有特性与动态响应;进而建立模拟接触面刚度与阻尼的薄层单元,并仿真获得结构的动态响应特性;通过结构固有频率测试与仿真结果构建误差函数实现接触刚度识别,通过动态响应测试与仿真结果构建误差函数实现接触阻尼的识别,进而获得接触刚度与阻尼随接触法向力变化的模型。结果表明,接触刚度随法向力非线性增大而接触阻尼则非线性减小,当法向力较大时,接触刚度和阻尼趋于稳定。研究结果为接触刚度和阻尼的同时识别提供了一种行之有效的方法,识别平均误差分别为4.5%,14.8%,所识别的刚度和阻尼以合适的薄层单元形式,可直接应用到包含多接触面的装配系统动力学分析中。

过盈配合面的接触刚度和接触阻尼计算研究

研究过盈配合结合面特性,通过有限元法计算过盈配合结合面在不同过盈量下的接触刚度和接触阻尼。在ANSYS中建立了过盈配合组件的有限元模型,对模型施加一定的边界条件,仿真后提取结合面上单元和节点的接触压力、位移等参数,计算接触刚度和接触阻尼。运用结构响应耦合方法,代入仿真计算得到的接触刚度和接触阻尼,建立过盈配合的理论模型,计算过盈配合一端的频率响应函数,与实测频响函数对比,验证了接触刚度和接触阻尼的正确性。

固定结合面切向接触阻尼分形模型

基于三维接触分形理论和固定结合面切向接触阻尼耗能机理,建立了考虑弹塑性接触变形机制的固定结合面切向接触阻尼分形模型。模型仿真结果表明:切向接触阻尼会随着法向接触载荷的增大而增大;当表面分形维数小于等于2.5时,切向接触阻尼会随着分形维数的增大而增大;当表面分形维数大于2.5时,切向接触阻尼会随着分形维数的增大而减小。模型仿真结果也揭示了分形粗糙度尺度参数、塑性指数和摩擦因数对切向接触阻尼的影响。

含分层复合材料层合板的接触阻尼特性

阻尼响应是用于识别分层损伤的高敏感动态参数。分层板的阻尼包括材料阻尼和接触阻尼两部分:基于应变能法,计算了复合材料材料阻尼;基于静-动摩擦一体化能量损耗模型,计算了一阶模态下分层界面接触阻尼;采用有限元软件Abaqus建立了分层板有限元模型(FEMs),借助罚刚度法引入界面法向接触刚度,同时运用等效黏性阻尼引入接触阻尼参数,分析了分层层合板动态响应;采用自由衰减试验测量了不同分层尺寸和厚度方向位置板件的动态参数。结果表明,分层比例越大,层合板的一阶模态阻尼上升越多,其中接触阻尼起主要作用。试验结果与有限元结果吻合较好,验证了有限元模型的合理性和准确性。