基于粗糙接触理论的橡胶金属摩擦副的摩擦分析

采用有限元接触分析和粗糙表面形貌概率分析的方法 ,建立了橡胶金属摩擦副接触和摩擦分析模型 ,在此基础上进行了相应的摩擦学分析 ,并推导出橡胶金属摩擦副在摩擦过程中的有关计算公式 ,揭示出橡胶金属摩擦副在摩擦过程中接触载荷、实际接触面积和摩擦力之间的定量关系 ,并做了算例分析 .

粗糙接触界面超声干耦合特性研究

为提高粗糙接触界面的声耦合性能,对超声波与粗糙界面间的相互作用进行研究。通过界面分形模型的建立,得到含分形参数的接触刚度表达式,并结合界面声学模型分析不同耦合条件下声反射系数的变化;搭建超声干耦合实验平台,通过实验测得粗糙铝板表面轮廓,利用结构函数法对分形维数进行测定,并对不同分形维数的粗糙铝板进行受压条件下的反射系数测量。结果表明:对粗糙接触界面施加一定载荷有利于超声波在界面处的传播,且分形维数较大的粗糙铝板达到良好声耦合效果所需的载荷更小,更便于超声干耦合检测的实施。

粗糙接触面是一种基本约束类型

现行理论力学教科书对于约束的定义在文字上不尽相同,在意义上也略有差异。总的看来,大都采用下述定义:即把限制质点系中各个质点的位置和运动的条件称为约束,它是由那些与质点系相接触的其它物体构成的。根据上述定义,我们来分析一个例子。如图1,

粗糙接触面上土的动剪模量

本文通过双层土试样的共振柱试验,研究了刚性粗糙接触面对一种细砾动剪模量的影响,发现在紧贴接触面的土体中存在着一层边界层,它的动剪模量远远大于土本身的值,它的厚度约为土的最大粒径的1—2倍或土的中值粒径的2—5倍,边界层现象在剪应变幅为10^(-6)至10^(-3)范围内都存在.这一发现对于在分析土与筑建物动力相互作用时如何处理接触面将是有意义的.

微观粗糙接触和径向游隙对曲柄销轴承摩擦性能的影响

将滑块-曲柄机构(SCM)的动力学模型和曲柄销轴承的润滑模型相结合,开发了一种新的混合模拟方法,以分析微观粗糙接触对曲柄销轴承润滑性能的影响.在混合模型中,SCM的动力学方程是基于牛顿法建立的,而曲柄销轴承的润滑方程是根据雷诺方程建立的.为了提高结果的可靠性,利用发动机的实验数据进行模拟分析,并选择曲柄销轴承的承载能力和摩擦力作为目标函数.结果表明,在不同的径向间隙和不同的粗糙表面下,曲柄销轴承的承载能力对摩擦性能的影响可忽略不计,而摩擦力极大地影响了曲柄销轴承的阻力.特别地,粗糙接触区域的最大摩擦力在径向间隙为5μm时占最大总摩擦力的40.5%,在曲柄销轴承的粗糙表面10μm处占最大总摩擦力的77.7%.

粗糙接触面旋转铰间隙碰撞动力学建模与仿真

运动副间隙会导致机构关节间发生碰撞接触,粗糙的运动副接触面会对含有间隙的机械系统动态特性产生较大的影响;针对机构中常见的旋转较结构特点,建立了一种兼顾能量损失和粗糙接触面动力学特性的碰撞模型,并考虑了接触面形貌的影响。分析了碰撞速度、恢复系数以及粗糙度等因素对接触碰撞力的影响规律,以曲柄滑块机构为研究对象进行动力学建模,仿真结果发现,随着碰撞速度和恢复系数的增大,碰撞力和碰撞变形逐渐增大,碰撞持续时间缩短;随着微凸体粗糙度的增大,碰撞力和碰撞变形逐渐减小,碰撞持续时间缩短;曲柄滑块机构的间隙越小,滑块承受的碰撞力越小,运动副内碰撞发生的频率越高。研究结果表明所建立的模型能够完善碰撞力模型,为机构设计提供参考,有利于工程实际应用。

探究动摩擦与接触面粗糙度关系的实验创新

对于人教版八年级物理教材中“测量摩擦力实验”,存在难以调整木块位置、实验效果不明显的问题。针对这些问题,结合物理新课程的改革要求,采用电磁铁固定小车位置,蓝牙模块与手机phyphox软件连接,传送带更换材料等手段实现实验自动化,以探究动摩擦与接触面粗糙度的关系。

粗糙表面接触模型的研究进展

实际工程中的接触表面都不是绝对光滑的,当两物体相互接触时,真实表面的接触实际上是微凸体间的接触。粗糙表面间的接触行为对摩擦、磨损、润滑、密封和传热等有着重要的影响,是摩擦学研究的主要课题之一。介绍了Hertz弹性接触模型、统计学接触模型和分形接触模型,对粗糙表面接触模型的研究现状和进展作了分析和评述。由Hertz模型只能求解一些几何形状比较规则的物体,应用范围非常有限;各种统计学模型都是经过简化的理想模型,这些简化究竟能导致多大误差目前还没有精确的分析;分形模型利用了包含全部表面粗糙度信息的分形参数D和G,其对粗糙表面接触性质的预测不受仪器分辨率和取样长度的影响,使预测具有惟一性或确定性。

多粗糙峰弹塑性接触的有限元分析

采用具有一定数目圆形粗糙峰的刚性表面对弹塑性半无限体进行压下的模型来模拟多粗糙峰接触 ,并用有限元法对该模型进行了弹塑性分析 ,揭示了多粗糙峰对于接触区应力状态的影响规律 .发现中心接触区的变形主要受到一定数目邻近粗糙峰的影响 ,而处于较远处的其它粗糙峰的影响较小 .同弹性接触相比 ,在弹塑性接触过程中有更多的邻近粗糙峰对中心接触区发生作用 ,改变粗糙峰的间距。

多尺度粗糙度对接触面真实接触面积的影响

当两个粗糙面在力的作用下相互接触时,只有表面上的微凸体相互接触。这些微凸体的接触影响着接触面的摩擦、磨损并且决定着两接触面之间的导电性和热传递功能。这些微凸体存在于各个不同的尺度下,并且形状也不相同。运用堆叠式多尺度接触模型对典型的加工表面进行分析,研究多尺度粗糙度对接触面真实接触面积的影响。结果表明,在塑性接触和弹塑性接触情况下,接触表面的多尺度粗糙度对于真实的接触面积和接触力均都有着很大的影响,不同表面之间的接触面积和平均接触压力以一个数量级的大小变化。研究结果表明某些加工工艺得到的表面或许更适合于作为设备中相互接触的表面。

考虑粗糙度的黏性土-结构接触面力学特性试验

为深入研究粗糙度对黏性土与结构接触面的相互作用及影响,基于对灌砂法的修正,提出了一种测定土-结构接触面粗糙度的方法。针对试验自制混凝土试块的半圆凹槽状粗糙表面和其他学者设计的齿形粗糙表面,使用修正后的灌砂法、常规灌砂法和试验常用的峰谷距测定法测定其粗糙度,并进行对比。利用大型直剪试验仪对红黏土-混凝土试块接触面进行直剪试验,定量分析了粗糙度对接触面剪切破坏、变形等的影响,并探讨了粗糙度的影响机理。结果表明:针对接触面粗糙度的测定,修正后的灌砂法比常规灌砂法或峰谷距测定法有效;接触面剪切破坏满足摩尔-库伦剪切破坏准则;粗糙度对接触面摩擦角影响不大;接触面抗剪强度和黏聚力的增长速率随粗糙度的增大而降低;随着粗糙度的增大,接触面黏聚力增大且逐渐趋近红黏土的黏聚力,此时剪切破坏可能发生在接触面上或接触面附近的土体内;随着法向应力的增大,临界粗糙度减小且粗糙度对接触面抗剪强度的影响降低;粗糙度较小时,接触面剪切破坏后出现较为明显的应力跌落现象。

全滑移下球形粗糙表面的弹塑性接触模型

为研究硬盘磁头和盘面的碰撞接触问题,提出了一种全滑移接触条件下,球形粗糙表面与理想刚性平面的弹塑性接触模型.通过数学建模与MATLAB仿真,分析了球形粗糙表面弹塑性接触状态下接触载荷、实际接触面积和法向接触分离、塑性指数之间的函数关系,并在不同塑性指数条件下,与理想光滑表面模型、CEB(Chang-Etsion-Bogy)模型及全粘着条件下的CKE(Cohen-Kligerman-Etsion)模型进行对比.结果表明:本模型在计算接触面积与接触载荷上比CEB模型及CKE模型更加准确.

粗糙金属表面接触性能研究

计算粗糙金属表面接触性能时，通常忽略凸体之间的相互影响和应力场、特别是热应力场的影响，这给高副接触性能的计算带来误差。本文在考虑微凸体之间相互影响的基础上，计算了线接触金属摩擦副接触表层中的压力场、温度场及应力场（包括等温应力和热应力场）。结果表明：表面粗糙度对压力分布、温度分布及应力分布均有重要影响；热应力使最大总Ｍｉｓｅｓ应力移向表面，且随βｔ值的增大，总Ｍｉｓｅｓ应力迅速上升。这对研究胶合失效机理和边界膜成膜机理具有重要意义。

基于内聚力原理的薄膜/基底与微悬臂梁粗糙面间接触分析

为提高射频微机电开关(RF MEMS SWITCH)的稳定性和可靠性,进一步深入了解接触式射频微机电开关接触特性。基于内聚力原理,运用ABAQUS 6.13建立了薄膜/基底与微悬臂梁间粗糙接触表面的接触-分离模型;动态分析加卸载过程中薄膜/基底接触力、接触位移、破坏变形等变化规律。结果表明:在单次加卸载过程中,薄膜/基底与微悬臂梁间存在多次明显接触-分离现象,并伴随着极大的冲击力,而多次激烈冲击不利于系统的稳定接触性能。在接触过程中,薄膜承受了大部分外载,所受的vonMises等效应力值大于基底受到的von Mises等效应力值。界面层损伤规律表现为明显的阶梯型,且其突变点受冲击力影响。

粗糙金属表面接触的压力场和温度场

在研究金属表面的摩擦、磨损、边界膜成膜、疲劳及胶合等机理时,有必要搞清粗糙金属表面接触的压力场,温度场及应力场。过去人们在计算表面接触性能(压力场、温度场及应力场)时,往往忽略微凸体之间的相互影响,这在边界摩擦与干摩擦状况下与实际有较大差异。本文用一种新方法在考虑了微凸体之间互相影响的基础上,计算了弹性粗糙平面滑块与刚性光滑平面接触的压力场和温度场。这为进一步计算等温应力与热应力场打下了基础,也为研究边界膜成膜,磨损及表面胶合机理提供了一定的理论依据。

粗糙金属表面接触的热应力场和等温应力场研究

粗糙金属表面接触表层中的等温应力与热应力场对金属表面的边界膜成膜,磨损与疲劳机理都有重要影响。但由于问题的复杂性,人们以往在研究粗糙金属表面接触性能时,大多只注意到研究压力场和温度场而忽略了应力场。本文首次在考虑了微凸体之间互相影响的基础上研究了弹性粗糙平面滑块与刚性光滑平面接触的等温应力与热应力场。目的是为进一步研究边界膜成膜机理,磨损,疲劳及表面胶合机理提供理论依据。

有机复合客土基材接触面剪切力学特性试验

为研究高分子材料和接触面粗糙度对土-岩接触面剪切力学性能的影响,设计预制混凝土模块作为岩面相似材料,开展一系列改进型直剪试验,分析高分子材料和接触面粗糙度的影响规律,并结合扫描电镜试验深入揭示高分子材料的改良机制。结果表明,高分子材料主要通过提高黏聚力极大地改善基材土和接触面的剪切力学性能,掺量2%的基材试样黏聚力达41.76 kPa,提高了约3倍。掺量2%的不同接触面试样黏聚力提高了2~7倍;增大接触面粗糙度主要通过提高黏聚力增强接触面剪切力学性能,粗糙度为6.5 mm的不同接触面间黏聚力提升幅度为12.27~23.77 kPa,提高了0.4~3.9倍;对于平坦接触面和粗糙接触面,高分子材料对剪切性能的强化表现为两种不同模式;高分子材料与接触面粗糙度对接触面的剪切性能具有协同强化效应。

农用柴油机钢活塞销孔-销的摩擦副润滑特性分析

为解决钢活塞销孔-销摩擦副因同种材料摩擦配副问题以及钢材密度大和导热性能差所带来的润滑特性差的问题,该研究以D25TCIF农用柴油机钢活塞为对象,建立钢活塞连杆组传热模型和热弹性流体动力学模型,并开展钢活塞温度场测试试验与仿真验证。结合单因素扫值法和Box-Behnken多因素优化算法分析了销孔轴承间隙、销孔表面粗糙度和销孔指数型线内外半径增量变化对销孔轴承润滑特性的影响。结果表明:销孔结构对轴承的润滑特性有很大影响,销孔指数型线内半径增量的影响最大,而外半径增量的影响较小。最优参数组合为销孔轴承间隙0.021 mm、销孔表面粗糙度0.798μm、销孔指数型线内半径增量0.008 mm、销孔指数型线外半径增量0.010 mm,此时预测的最小油膜厚度为0.979μm;最大粗糙接触压力为249.406 MPa,与该方案下仿真值的相对误差小于5%。该研究优化方法效果好,且预测准确,可为后续的钢活塞销孔结构设计提供理论依据。

可控震源振动器平板-大地接触性质与能量传递研究

大地的表面形貌是影响可控震源振动器平板与大地之间接触性质的因素之一。为了掌握大地表面参数对可控震源振动器平板-大地接触系统接触性质及振动特性的影响规律,基于分形理论建立了三维粗糙大地表面形貌,构建了振动器平板-大地接触模型,得到了不同大地表面形貌及材料参数下振动器平板与大地之间的接触力-变形曲线;建立了振动器平板-大地接触振动动力学方程,并计算了振动器平板的位移响应以及能量传递。结果表明:振动器平板与大地之间接触力的非线性随大地表面粗糙度的增大而增大,振动器平板-大地接触系统的固有频率随大地表面粗糙度的增大而减小;粗糙表面的接触模型中振动器平板每一周期向大地传递的能量随时间的增大而减小。同时,大地表面材料参数的非线性也会影响平板-大地接触系统的振动响应和能量传递。由此可知,大地表面的粗糙度和材料的非线性是限制可控震源高频输出的重要原因。研究结果将为可控震源的优化和高频拓展提供参考。

考虑曲轴倾斜和摩擦接触的主轴承润滑分析

采用有限元、多体动力学和弹性流体动力润滑理论来联合计算16V240ZJB型柴油机主轴承的润滑情况,将曲轴当作弹性体,以考虑曲轴的弹性变形对主轴承润滑状态的影响。曲轴工作过程中受外力的作用,会产生弹性弯曲变形,使主轴颈在主轴承内倾斜,甚至与主轴瓦的边缘发生摩擦接触,本文采用了Greenwood-Tripp粗糙接触模型计算接触摩擦力。根据AVL相关标准评价了润滑计算结果,九个主轴承均润滑良好,其中第8主轴承粗糙接触压力最大、油膜厚度最低,润滑的情况相对最恶劣。