MB模型计算原理的修正

纠正了MB模型的计算原理性缺陷.给出了临界面积、接触点的尺寸分布的简要推导过程.当最大的接触点面积小于临界面积时,给出了实际弹性、塑性接触面积解.小接触点是塑性接触,大接触点是弹性接触.利用接触点的尺寸分布,给出了有量纲总载荷解、无量纲总载荷解.当载荷增加时,小的塑性接触点合并形成新的大的弹性接触点,大接触点的实际弹性接触面积总体上线性随实际接触面积增加而增加.

MB模型的修正及应用

由于MB模型存在3个缺陷,工程上会引入无法接受的误差.本文修正了MB模型的后两个缺陷.针对第2个缺陷,提出了实际临界接触面积、最小有效分形维数、量纲一的最大有效分形粗糙度参数、最小有效材料特性等术语.根据MB模型和提出的计算术语,对两弹塑性接触粗糙表面的接触行为及界面的静摩擦因数进行了研究.研究结果表明:界面的静摩擦因数首先随分形维数的增加而增加,然后随分形维数的增加而减小;界面的静摩擦因数随分形粗糙度参数的增加而减小,但随材料特性的增加而增加,也随总法向载荷的增加而增加;当分形维数较小或分形粗糙度参数较大或材料特性较小时,静摩擦因数-量纲一的总法向载荷曲线为凸弧.

两弹性接触粗糙低速滑动表面温升的分形模型

采用球形微凸体的赫兹接触理论和MB模型,对微接触点的稳态温升、瞬态温升进行了分析,得到了低速滑动区域内的分形区域实际接触面积温升概率分布密度的封闭形式表达式.分析结果说明:摩擦副表面粗糙度、最大弹性微接触点的面积、域扩展系数均随分形维数增加而减小,域分开系数随分形维数增加而线性增加.最大温升随分形维数增加而减小,总体上随实际接触面积增加而线性增加,还随分形粗糙度参数增加而增加.当温升增加时,受给定温升的微接触点数减小会导致实际接触面积的温升概率分布密度下降.考虑了各接触微凸体之间相互作用的瞬态温升效应,但计算表明在低速滑动区域可以不考虑其影响.

两弹性接触粗糙快速滑动表面温升的分形模型

采用球形微凸体的赫兹接触理论和MB模型,对微接触点的温升进行了分析,得到了快速滑动区域内的分形区域实际接触面积的温升概率分布密度、温升补充累积概率分布函数的封闭式表达式.分析结果说明:量纲一特定滑动区域的实际接触面积随量纲一最大Jaeger参数增加而单调减小.量纲一最大温升随分形维数增加而减小,但随分形粗糙度参数增加而增加.量纲一温升随分形维数增加而增加.当分形维数为1.5时,实际接触面积的温升概率分布密度等于在一个弹性微接触点面积上的温升概率分布密度,基于正八边形面积的近似解适当接近精确解.温升的补充累积概率分布函数随分形维数、滑动速度和量纲一分形粗糙度参数增加而增加.

机床螺栓结合部等效材料法向接触弹性模量的分形模型

根据赫兹接触理论首次提出了单个微凸体的正应力-正应变本构关系,给出了两个微凸体之间互相作用的法向接触弹性模量。考虑表面粗糙度和载荷分布的不均匀性,根据MB模型给出了结合部等效材料的总法向接触条件弹性模量、总条件法向载荷的解析解。在弹性范围内,结合部等效材料的总法向接触弹性模量是以下10个输入参数:两接触表面的2个弹性模量、2个泊松比、表观压应力、表观面积、较软材料的硬度、较软材料的屈服强度、分形粗糙度参数、分形维数的复杂函数。总法向接触弹性模量基本上线性地随总法向表观压应力的增加而增加,还非线性地随分形维数的增加而增加,但非线性地随表面粗糙度的减小而增加。

一种基于模型的网络控制系统稳定性分析

针对实际网络控制系统被控对象状态无法直接测量得到这种情况,提出了在模型侧进行状态观测的网络结构,在设计了观测器的基础上,研究了系统稳定性问题。仿真结果验证了系统稳定性条件的有效性,从仿真中还可看出,采用此结构系统具有较强的鲁棒性。

考虑尺度的结合面切向刚度模型

接触刚度是结合面特性中最重要的参数之一,直接影响着机械结构整体的动力学特性。GW(Greenwood&Williamson)模型是目前被广泛应用的结合面接触模型,在许多实验中取得了较好的预测结果。理论上,GW模型预测结果受仪器分辨率影响,预测值并不唯一,但是实验得到的宏观物理量如刚度、导电率等却是唯一值。这一矛盾说明,存在一个唯一的计算或者观测尺度以确保宏观结果的唯一性。理论上分析了GW模型的尺度依赖特性;研究了采用高斯滤波器实现计算尺度变换的方法;基于Thomas的接触理论,设计了确定滤波器截止频率的迭代方法;最终提出了一种考虑尺度的结合面切向刚度计算框架。搭建了切向刚度试验台,对考虑尺度的切向刚度模型进行验证。结果表明,考虑尺度的模型与实验结果吻合较好。

基于全反射光学图像的结合面模型

机械结构结合面的接触特性对刚度、阻尼等动态特性都有非常重要的影响。至今,已有许多结合面模型被提出,但仍存在理论上的争议,有的甚至存在完全相反的物理解释。该文采用全反射方法,利用图像处理技术,对聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)结合面接触斑点在正压力作用下的演化过程进行研究。研究表明接触斑点在法向力作用下变化规律呈现3个阶段,1阶段为轻载下的线性增长区,2、3阶段为重载下的非线性增长区。轻载状态下,接触斑点数目及接触面积变化规律与GW(Greenwood&Williamson)模型给出的物理解释一致,与MB(Majumdar&Bhushan)模型相差较大。重载状态下,GW模型、MB模型都不能给出有效的物理解释。重载下的基体变形会导致接真实触面积下降,若能有效模拟基体变形造成的影响,将可获得更准确的接触模型。

结合面微观接触面积分布数值仿真分析方法

机械系统中结合面的接触状态会显著影响装配体动力学特性,结合面接触面积是描述接触状态的关键参数。分形接触模型是结合面分析中的常用方法,经典MB接触模型将结合面简化为刚性平面与粗糙面接触,以W-M分形函数描述粗糙面轮廓曲线,利用岛屿面积分布规律描述接触点面积分布,但以往研究并未分析该分布是否符合分形函数描述的粗糙面。因此提出求解W-M函数所描述轮廓的接触面积分布规律的数值仿真方法。根据粗糙表面形貌分形特征的有限性,将粗糙轮廓描述为连续可导的曲线,利用曲线与直线相交模拟粗糙面与平面的接触。利用梯度上升算法求出所有极值并计算各微凸体截线长度,进而获得面积的离散分布,分别以Majumdar与Komvopoulos提出的面积分布函数形式拟合离散点。结果表明前述分布规律符合数值仿真法求得的接触点面积分布,但存在更准确的分布函数形式。同时,该方法有望用于求解两粗糙面接触模型的面积分布,为进一步研究两粗糙面间的接触状态提供思路。