M-B弹塑性接触模型的修正

根据Wang的观点 ,将M -B弹塑性接触模型中的完全弹性、完全塑性两种变形形式 ,转变为完全弹性、弹塑性和完全塑性三种变形形式 ,得到了M -B模型的修正模型。仿真结果表明 ,对于载荷与接触面积关系的分析和预测 ,低载荷下采用原M -B模型、中等载荷下采用本文作者修正模型、而高载荷下采用G-W模型较为合适。

干气密封摩擦界面弹塑性接触刚度模型

针对干气密封摩擦界面复杂多变的弹塑性变形阶段,基于微凸体在变形全过程满足连续性、光滑性和单调性的特点,通过余弦函数来探究接触面变形量与接触特性之间的关系,建立了具有光滑连续特性的微凸体弹塑性接触模型,然后基于统计学理论,建立摩擦界面整体接触模型,最后将所建立的模型与GW模型、CEB模型、ZMC模型、KE模型和Li模型五种经典模型进行对比分析,并通过理论分析与数值求解得到干气密封摩擦界面的力学特性及影响因素。结果表明:该模型实现了微凸体在变形全阶段的连续性、光滑性和单调性;接触载荷、接触面积和接触刚度与无量纲接触变形量成正相关;与无量纲表面平均接触距离成负相关,且无量纲表面平均接触距离越小,其粗糙表面发生塑性变形的比重就越大;为使干气密封动环和静环更加可靠平稳地运行,应保证动环和静环的接触面尽量光滑平整,使其无量纲表面平均接触距离控制在2.5以下。

一种状态变量相关的非饱和接触面弹塑性模型及验证

为研究非饱和土与结构的接触问题,基于状态相关概念和临界状态理论,以净法向应力和吸力为应力状态变量,在考虑吸力对屈服函数、流动法则和硬化定律等影响下,建立了非饱和土-结构接触面的弹塑性模型。通过砂土-钢和砂土-土工织物两种接触面的剪切试验结果,对模型的可靠性进行了验证。结果表明:该模型可描述不同初始状态的土-结构接触面力学行为,还能预测不同边界条件下(常法压、常刚度和常体积)接触面的剪应力、法向位移和应力路径变化。在此基础上,对不同吸力下的非饱和粉土-钢和风化花岗岩土(CDG)-混凝土接触面的剪切结果进行预测,发现随着吸力的增大,接触面峰值强度增大,应变软化和剪胀特征愈加明显,且由剪缩到剪胀转换的相变点所对应剪切位移减小。与已有模型相比,该模型参数更容易确定,计算的峰值强度和临界应力更接近实测值,且能反映峰值强度对应剪切位移随吸力减小的趋势,说明该模型能更好地考虑吸力对接触面峰值强度、临界状态和硬化特征的影响。

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。

临界接触参数连续的粗糙表面法向接触刚度弹塑性分形模型

基于MB接触分形理论及其修正模型,在弹性和塑性接触变形机制基础上,考虑弹塑性过渡变形机制,建立了临界接触参数连续条件下的计及微接触面积分布域扩展因子影响的粗糙表面法向接触刚度弹塑性分形模型;数值仿真结果表明：弹塑性过渡变形机制对法向接触刚度影响明显,且考虑弹塑性过渡变形机制下的法向接触刚度大于仅考虑弹性和塑性接触机制下的对应法向接触刚度;无量纲法向接触刚度随着无量纲法向接触载荷的增大而增大且因分形维数取值不同而呈凸弧性的非线性关系（分形维数D=1.1--1.4）或近似线性关系（分形维数D=1.4---1.9）,随着分形维数的增大而增大（分形维数D=1.1--1.5）及分形维数的增大而减小（分形维数D=1.5--1.9）,随着分形粗糙度的增大而减小,随着塑性指数的增大而增大。

粗糙表面弹塑性接触连续光滑指数函数模型与法向接触刚度研究

针对微凸体在完全弹性、弹塑性和完全塑性变形阶段接触载荷和接触面积的不连续、跳跃和不光滑,以及平均接触压力的不单调问题,提出了一种新颖的近似指数形式的解析模型。在此基础上,利用分形理论进一步建立了粗糙表面在三阶段接触时的法向接触刚度和法向接触载荷与真实接触面积之间的解析模型,并进行了无量纲化处理。仿真分析了分形维数D、塑性指数Φ以及无量纲分形粗糙度参数G*对无量纲法向接触刚度K*_n和无量纲法向接触载荷F*_n的影响规律,并分析了K*_n随F*_n的变化规律。模型的仿真结果表明:K*_n和F*_n都随着无量纲真实接触面积A*_r的增大而增大;随Φ的增大或G*的减小,K*_n和F*_n的增速都变大;F*_n的增速随D的变化是先减小后增大,而K*_n的增速是指数增大;K*_n随F*_n的增大而增大,在D从1.1到1.9的变化过程中,K*_n随F*_n的增速是先增大后减小,在D>1.51时,随着G*的减小,K*_n随F*_n的增速明显变大。利用法向接触刚度模型计算了哑铃模型的固有频率,计算结果与实验结果比较一致,验证了模型的准确性。

一种考虑侧接触的微凸体弹塑性接触力学模型

为了准确预测复杂机械系统装配界面的接触特性,构建了一种考虑侧接触的微凸体弹塑性接触力学模型。利用塑性流动下体积守恒的原理,解决了单对微凸体在侧接触形式下接触力学模型难以表征的问题。以微凸体接触力学模型为基础,通过引入微凸体接触点处的等效曲率半径参数,结合装配界面微凸体、装配界面压力的分布规律,将微凸体接触特性扩展到复杂机械系统的整个装配界面。与弹性-塑性接触模型在接触载荷方面的预测结果比较表明,提出的微凸体侧接触弹塑性力学模型与弹性-塑性接触模型在弹性接触载荷预测方面基本相同,但在完全塑性接触载荷预测方面存在较大差异,且两者预测结果的差距随塑性指数和载荷的增加而增加,因此所提出的模型在完全塑性接触载荷预测方面更为接近有限元分析的结果。

考虑微凸体弹塑性过渡变形机制的结合面法向接触刚度分形模型

基于粗糙表面微凸体变形的连续性和光滑性原理,研究了在法向载荷逐渐增加时的粗糙表面单个微凸体弹塑性过渡变形机制,提出了考虑弹塑性过渡变形机制的结合面微凸体微观接触模型,建立了法向接触载荷和法向接触刚度的数学模型;基于分形几何理论,建立了结合面法向接触刚度的分形模型,并对结合面法向接触刚度进行仿真计算.结果表明:在较小的塑性指数条件下,法向接触载荷与法向接触刚度近似呈线性关系;在较大的塑性指数条件下,法向接触载荷与法向接触刚度呈非线性关系;法向接触刚度随着分形维数和法向接触载荷的增加而增大,随着无量纲分形特征尺度系数的增大而减小;所得结合面法向接触刚度的仿真计算值与铣削加工和磨削加工条件下的实验值较吻合.

考虑应变硬化的混合弹塑性接触模型

为了更加真实地反映粗糙表面的实际接触情况,根据表面微凸体变化的连续性、单调性和光滑性原理提出了一种新的混合弹塑性接触模型。该模型在球体初始接触时,就考虑更小微凸体的塑性变形和较大变形量时的应变硬化。通过反正切函数构建一组函数,用来表征接触过程中变形状态的变化,利用Meyer硬度指数反映应变硬化的影响,进而导出接触面积和接触载荷的数学表达式。通过采用文献中已有的铜、铝合金和纯镍材料的实验测试结果,以及文献中不同的弹塑性接触模型的计算结果进行对比分析,结果表明,该模型的计算结果能够很好地与实验测试结果吻合,尤其是在大变形量、出现应变硬化的情况下,更能体现出该模型的优势。

多重分形表面的弹塑性接触模型研究

提出了在多重分形接触表面的最大接触长度范围内接触点尺寸分布数、频率分布函数和实际接触面积的普遍表达式 .这些表达式建立在对该类表面在不同临界频率范围内弹塑性接触变形方式的分析基础上 ,是研究多重分形接触表面的有关分形性质所必需的 .当给定这些表面的诸如分维数和特征长度等分形参数时 ,利用这些表达式 ,可实现对任意多重分形表面诸如磨损等接触性质的研究 ,使对复杂的多重分形接触表面的研究变得相对容易进行 .据此 ,以双分形表面为例 ,研究了其分形参数与磨损的关系 .计算结果表明 ,双分形表面的磨损率会随着表面最大接触尺寸和分形区域界限频率的增加而增加 .

接触面弹塑性损伤模型在面板堆石坝应力变形分析中的应用

本文建立粗粒土与结构接触面弹塑性损伤模型及其数值格式,可以较好地描述垫层料等粗粒土与结构接触面的静动力学特性;编制程序,模拟接触面试验结果,采用不同接触面模型及参数对某高面板堆石坝的应力变形进行三维有限元分析。面板与垫层料接触面的本构模型及参数对面板应力变形影响很大,接触面弹塑性损伤模型及其数值格式适用于面板堆石坝的应力变形分析,不仅能够较为合理全面地描述土与结构接触面的体应力应变关系、剪应力应变关系及其耦合力学特性,而且还能模拟混凝土面板和垫层土接触面之间的滑移和脱开的不连续性。

粗糙表面接触的弹性、弹塑性、塑性分形模型

在M B模型的基础上考虑了材料的弹塑性变形过程和接触界面摩擦的作用建立了粗糙表面接触的弹性、弹塑性、塑性分形模型 .分析表明 ,M B模型适用于理想的弹性 塑性材料 ;摩擦副接触界面间的摩擦力对接触状态有较大的影响 ,摩擦力的作用使临界弹性接触面积增大 ,从而增大了弹塑性和塑性变形的可能性以及实际接触面积中弹塑性和塑性接触面积的比例 ;材料的应变硬化程度对接触状态有一定的影响 ,硬化程度越高 ,接触状态越趋于弹性接触 ,硬化指数越大 ,硬化程度越弱 。

机械结合面弹塑性接触统计学模型

为准确揭示机械结合面的弹塑性接触变形机制,通过对单一微凸体的接触分析,利用统计学方法建立了结合面量纲一实际接触面积、接触载荷与接触刚度模型,并基于模型进行仿真分析。结果表明:结合面量纲一平均表面距离随着量纲一接触载荷的增加而减少;量纲一接触面积和接触刚度随着量纲一接触载荷的增加而增加,当量纲一接触载荷增加一定程度时,量纲一接触面积值趋于名义接触面积值,但量纲一接触刚度值与理想接触刚度值相差较远;当结合面处于弹性和弹塑性接触状态时,塑性指数越大,量纲一实际接触面积越大,而量纲一平均接触距离和接触刚度就越小;当处于完全塑性状态时,塑性指数越大,量纲一接触刚度和平均接触距离相应越大,而量纲一实际接触面积反而较小。

基于理想弹塑性的非线性接触单元模型研究

针对工程中的接触问题,基于理想弹塑性理论,建立了弹塑性摩擦接触模型,用来模拟接触面的切向变形和剪切破坏。根据接触面上的非线性特点,建立了判断接触面单元状态的3种接触模式;给出了接触面单元的应力计算公式;推导了接触面单元的切向应力-切向相对应变关系和弹塑性系数矩阵;建立了接触体的有限平衡方程。应用这种接触面模型进行了数值计算与分析。

梁柱节点分析中改进的弹塑性接触有限元模型

在通常接触有限元模型的基础上 ,提出了一种适合梁柱节点中接触问题分析的精简弹塑性间隙元 ,并和实际接触算例作比较 ,验证了本文间隙元模型的合理性及精度的可靠性 。

小麦籽粒振动筛分黏弹塑性接触模型构建及其参数标定

为更好地模拟小麦籽粒(麦粒)振动筛分过程,该文在现有离散元接触模型基础上,通过EDEM软件应用程序编程接口,构建了一种麦粒黏弹塑性接触模型。该接触模型法向方向通过将Kuwabara and Kono非线性黏弹性接触模型中的黏性耗散项引入Thornton滞回接触模型进行构建;切向方向采用简化Thornton切向接触模型;滚动摩擦力矩计算同Hertz-Mindlin(no slip)接触模型。法向模型参数标定采用单轴加载-卸载试验、碰撞试验,分别构建了模拟-试验接触力误差平方和与麦粒屈服重叠量、恢复系数与法向阻尼系数的二阶回归方程,得到麦粒屈服重叠量为7.63×10-6 m,麦粒-麦粒/钢板法向阻尼系数分别为190.68和306.65。切向模型参数利用旋转鼓试验进行标定,得到最佳麦粒-麦粒/钢板静摩擦系数组合为0.40和0.44。最后利用振动筛分试验对所标定参数进行验证,模拟与试验所得筛下麦粒质量分数最大误差为8.97%,模拟中筛下物分布规律与试验结果无显著性差异,表明所建立的接触模型及标定的参数能够很好地模拟麦粒振动筛分过程。该文也可为其他农业物料黏弹塑性接触模型构建及其参数标定提供参考。

考虑弹塑性变形阶段的干气密封接触模型

为探究干气密封摩擦界面在变形全阶段的接触特性,基于分形接触理论及微观接触力学理论,充分考虑微凸体变形的3个阶段,通过余弦函数构建干气密封全阶段接触模型,并分别与GW模型、KE模型和ZMC模型三种经典接触模型及相关文献的试验数据作对比,验证本文中接触模型的合理性与正确性.最后对干气密封摩擦界面接触特性的主要影响因素进行探究.模型研究结果表明:干气密封摩擦界面的接触特性与分形维数、特征尺度及两表面的真实接触面积有关.接触特性与分形维数和两表面真实接触面积呈正相关,与特征尺度呈负相关.分形维数越大,接触载荷与接触刚度的数量级就越大,且接触载荷变化范围相对较大.当特征尺度每次以1个数量级递增时,接触载荷与接触刚度的变化范围较小,都在1个数量级内.

新的粗糙表面弹塑性接触模型

提出一种新型的粗糙表面弹塑性微观接触模型。该模型的建立基于接触力学理论和接触微凸体由弹性变形向弹塑性变形及最终向完全塑性变形的转化皆是连续和光滑的假设。研究单个微凸体在载荷逐渐增加时的变形规律,并重点推出弹塑性变形区间的接触方程。在此基础上应用概率统计理论导出了粗糙表面的接触载荷、平均分离和实际接触面积之间的数学关系式。在不同的塑性指数和载荷条件下,该模型与GW弹性模型和CEB弹塑性模型就实际接触面积和法向距离的预测结果进行了对比。结果表明,在同样塑性指数和载荷条件下比GW模型预测的实际接触面积大但法向距离小,且两者的差距随塑性指数和载荷的增加而增大。因此该模型的预测结果更加符合人们的试验观察和直觉,能够更加科学和合理地描述两个粗糙表面的微观和宏观接触状态。

刚度连续、单调且光滑变化的粗糙界面法向弹塑性接触模型

提出一种新的基于低阶椭圆曲线方程的微凸体法向弹塑性接触刚度模型。进一步基于粗糙表面形貌的Greenwood-Williamson统计模型和微凸体高度分布概率密度函数,推导整个粗糙界面接触刚度和接触载荷表达式,建立粗糙界面接触的总刚度模型,并将模型计算结果与实验测量结果进行对比分析。研究结果表明:该模型考虑粗糙界面的弹性变形、弹塑性变形和完全塑性变形接触状态,且同时满足不同接触状态之间微凸体的接触刚度、接触载荷和接触面积均连续、单调且光滑变化的条件,克服了以往模型存在的接触刚度非连续、非单调的缺点;本文建立的粗糙界面接触刚度模型有效。

考虑弹塑性变形机制的结合面法向接触刚度建模

基于接触分形理论及MB模型,综合考虑弹性接触变形、塑性接触变形和弹塑性接触变形的两个不同阶段,建立了结合面法向接触刚度分形模型;模型的仿真结果表明：弹塑性接触变形机制对结合面法向接触刚度具有重要影响,且考虑了弹塑性接触变形机制的法向接触刚度大于仅考虑弹性和塑性接触变形机制的法向接触刚度;无量纲法向接触刚度随着无量纲法向接触载荷的增大而增大,且因分形维数取值不同而呈较强的非线性关系（分形维数D取1.1~1.4）或近似线性关系（分形维数D取1.4~1.9）;无量纲法向接触刚度随着分形维数的增大而增大（分形维数D取1.1~1.6）及分形维数的增大而减小（分形维数D取1.6~1.9）;无量纲法向接触刚度随着无量纲分形粗糙度的增大而减小,随着塑性指数的增大而增大。实验实例验证了模型的正确性。