新一代GPS标准中非理想表面模型的建模方法

本文重点研究在新一代产品几何技术规范标准下如何将非理想表面模型以离散数学的方法表达出来。利用马尔科夫链蒙特卡洛仿真技术(MCMC)和基于主成分分析(PCA)的全局建模法来实现考虑几何约束和公差规范的具有随机误差的非理想表面模型的仿真分析;利用统计形状分析方法(SSA)和基于广义Darboux结构的局部建模法来实现在制造过程中产生的系统误差的非理想表面模型的仿真分析;并引入平均非理想表面模型概念及其统计分析方法对产品变形趋势进行预测。最后以实际工件为对象,通过本文提出的方法得到了其非理想表面模型的仿真结果,并对其仿真效果进行了综合分析,分析结果证明了本文提出方法的正确性和可行性。

产品几何规范中非理想表面的多尺度表征

考虑目前多数计算机辅助公差工具仅能针对具有理想几何表面的CAD模型,无法从物理几何角度真正反映制造误差,本文研究了非理想表面的多尺度表征,提出了一种能够表征产品表面及其截面轮廓宏观及微观多尺度形貌误差的非理想表面模型。首先,提出了一种利用离散小波实现形貌误差多尺度仿真的方法;其次,针对实际工件,利用离散小波对其表面及截面轮廓采样数据进行形貌误差多尺度仿真;最后,对形貌误差各尺度成分进行合成,得到具有多尺度形貌误差成分的工件三维表面及其二维截面轮廓的非理想表面模型。仿真及实验结果表明:利用提出方法可以实现具有多尺度形貌误差的非理想表面模型表征;仿真所得粗糙度R_a值与白光干涉仪测量所得值的平均相对误差不超过4%。得到的结果证明了提出方法的正确性和可行性,为更加全面地表征产品的非理想表面模型提供了有效途径。

新一代产品几何技术规范标准中齿轮非理想表面建模研究

公差规范贯穿于几何产品的整个生命周期,为了解决现行的计算机辅助公差工具无法从物理几何角度实现对于产品制造误差的真实表达,提出1种普适性的公差建模方法,能够在几何产品最初的设计阶段便对产品制造、检测过程中的几何变化量予以考虑。以新一代产品几何技术规范(GPS)为基础,将小波分析和功率谱密度分析等信号处理技术运用到产品表面形貌分析中,研究出1种能够反映产品三维表面及其二维轮廓的宏观及微观多尺度形貌误差成分的非理想表面模型表征方法,并应用于具有齿廓误差的圆柱齿轮模型上,实现其在通用商业CAD软件中的显示,以解决产品在设计、制造、检验过程中公差规范表达难以统一的难题,为产品几何变化量的有效控制提供了1种可行、可靠的新方法。

基于非理想圆柱表面的气静压轴刚度评价

采用Geomagic Studio软件创建基于轮廓要素测量的非理想圆柱表面模型,并将其导入UG12. 0中创建气静压轴承仿真模型,采用Ansys Workbench软件对模型进行仿真。以10组转子和多孔质气静压轴承为实验对象,分别对基于非理想圆柱表面和基于全局尺寸气静压轴的承载力和刚度进行了仿真分析,并在模块化主轴性能试验台上进行了刚度测试。仿真和测试结果表明,对于三种全局尺寸,用最小二乘直径组合形成的气膜的承载力与非理想表面形成的气膜的承载力之差较小,非理想表面形成的气膜的刚度与测试结果的吻合度较高,因此基于非理想圆柱面的气膜建模方法较适用于气静压轴的刚度评价分析。

理想粗糙表面的滑动接触问题的研究

以理想粗糙表面同刚性平面的滑动弹性接触为研究对象，通过对求解域及第一种Ｆｒｅｄｈｏｌｍ积分方程的离散求解，得出了不同摩擦系数下的接触参量，并与无摩擦时的数值解及经典Ｈｅｒｔｚ解作了比较．

理想粗糙表面的弹性全接触研究

在边界润滑（两个固体表面之间仅被一层物理或化学吸附膜隔开）条件下，两个粗糙表面发生滑动接触时，真实接触面积Ar通常远小于名义接触面积An.但对于σ／β*值（σ为表面粗糙度均方根值，β*为自相关长度）较小的平缓表面．真实接触率Ar／An会很大，甚至发生全接触．这种情况易使表面发生粘着破坏［1，2］．根据Sayles的滑动状态图以及理想粗糙表面接触力学模型［3］，考察粗糙表面发生全接触的条件，给出在确定载荷下粗糙表面安全滑动接触时，表面斜率均方根值σm的变化范围．将研究结果同Sayles［4］和Johnson［5］的工作进行比较，提出了表面全接触判据，由此来预测真实粗糙表面的接触状态．

面向数字孪生的产品表面模型表达与生成方法

产品数字孪生模型被认为是实现物理世界和虚拟世界深度融合的一种潜在的有效解决方法。针对产品全生命周期过程对数字孪生几何模型合理准确表达的实际应用需求,提出以非理想表面模型为载体实现数字孪生模型的几何参考表达方法。引入新一代产品几何技术规范,给出了通过几何要素及相关操作实现非理想表面模型信息的完整表达方案;分析了面向数字孪生的产品非理想表面模型的两种映射生成方法和模型创建流程,通过在离散网格模型上增加几何误差信息的方式生成规范表面模型;根据逆向建模的思想,通过实际测量离散点云数据并采用离散几何及小波分析等手段进行多尺度表面形貌误差表征,从而生成认证表面模型。最后通过某零件实例分析验证了所提方法的可行性。

表面容忍性涂料的应用和性能评定

介绍了IMO(国际海事组织)颁布的新建和维修钢结构的表面处理等级,以及表面容忍性涂料在锈蚀、污染和旧涂层等非理想表面上的应用。还介绍了几种表面容忍性涂料性能评定的案例。

纳米表面的形貌特征及微接触机理

采用接触式光全反射测试技术对几种磁记录表面形貌进行了测量，并建立了一种表面接触模型。结果表明，表面微凸体的载荷与变形关系不是按照Ｈｅｒｔｚ理论的关系变化，同时接触压力也比Ｈｅｒｔｚ压力大，说明这种表面更容易发生塑性变形．本文提出了运用分子动力学模拟方法研究纳米表面接触机理的必要性。

晶体表面上粒子的聚集

本文将对晶体理想的和有缺陷的表面上粒子及其聚集运动进行分析，这种运动根源于点阵内部状态引起的连续时间随机游动（CTRW）。所谓内部状态，指的是点阵的结构及其发展，空间和能量的配置。

PARTIAL REGULARITY FOR OPTIMAL DESIGN PROBLEMS INVOLVING BOTH BULK AND SURFACE ENERGIES

This paper studies a class of variational problems which involving both bulk and surfaceenergies. The bulk energy is of Dirichlet type though it can be in very general forms allowingunknowns to be scalar or vectors.The surface energy is an arbitrary elliptic parametric integralwhich is defined on a free interface. One also allows other constraints such as volumes of partitioning sets. One establishes the existence and regularity theory, in particular, the regularityof the free interface of such problems.