【摘 要】
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本文针对在粗糙表面的结合部特性研究中,大量文献对结合面的接触特性研究通常将其视为各向同性粗糙表面。但实际中绝大多数加工平面经研究发现具有明显的各向异性特征。提出了具有各向异性特征的结合面接触刚度模型及接触阻尼模型。该模型将粗糙表面上的微凸体等效为椭球微凸体,将粗糙表面等效为各向异性表面。在构建表达各向异性结合面接触解析模型时,本文建立了两椭球微凸体随主曲率夹角变化,包含弹性、弹塑性过渡阶段的法向、
【基金项目】
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国家自然科学基金资助项目（51675422）； 陕西省科技厅科技统筹创新工程实验室资助项目（2014SZ10-P05）；
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本文针对在粗糙表面的结合部特性研究中,大量文献对结合面的接触特性研究通常将其视为各向同性粗糙表面。但实际中绝大多数加工平面经研究发现具有明显的各向异性特征。提出了具有各向异性特征的结合面接触刚度模型及接触阻尼模型。该模型将粗糙表面上的微凸体等效为椭球微凸体,将粗糙表面等效为各向异性表面。在构建表达各向异性结合面接触解析模型时,本文建立了两椭球微凸体随主曲率夹角变化,包含弹性、弹塑性过渡阶段的法向、切向接触刚度模型。同时针对现有结合面接触模型中对于宏观表面轮廓特征及微观微凸体接触的分离做出了修正。然后通过引入了椭球面接触系数,改进了建立结合面接触分形模型中的面积分布函数,从而建立了各向异性结合面的法向、切向接触刚度及接触阻尼模型。最后建立了实验模型及有限元模型来对比验证来证明本文所建立模型的合理性。论文的研究内容从以下几个方面进行:（1）建立了各向异性结合面接触刚度的理论模型。对于磨削表面所具有的纹理性,本文给出了该表面在沿纹理不同方向的轮廓特征的统计参数及分形特征上具有各向异性的说明。之后假定结合面上微凸体为椭球微凸体且两微凸体间为峰对峰正向接触,在两椭球微凸体长轴夹角发生变化的情况下,依据赫兹接触理论建立了两椭球微凸体接触面积随夹角变化的法向及切向接触载荷模型。最后依据连续变形理论并对分形模型的面积分布函数进行了改进后,建立了各向异性结合面的法向及切向接触刚度分形模型。（2）对前文所建立的各向异性法向及切向接触刚度模型进行了数值仿真。仿真结果显示:对于各向异性表面,其法向及切向接触刚度会随着椭球微凸体的夹角发生变化。其形成的接触面越接近圆形则法向及切向接触刚度则会随之降低,而法向及切向接触刚度会随着表示宏观轮廓误差的椭球面接触系数的增大而近似呈线性增大;提高结合面的平整度、降低结合面的粗糙度、增大法向接触载荷及提升结合面材料的材料参数均可以提高结合面间的法向及切向接触刚度。（3）利用包含结合部的实验装置验证本文模型的合理性及优越性。首先说明了虚拟材料法对于构建和实验模型一致的有限元模型的接触层材料参数的原理及应用,然后构建了包含磨削表面结合部的实验模型进行了模态锤击实验并通过该实验装置测得不同拧紧力矩下结合面的固有频率及前三阶模态振型。同时依据虚拟材料法建立了和实验模型一致的有限元模型,并将上一章建立的各向异性接触刚度分形模型通过APDL语言输入到有限元模型的接触层参数中。最终在得到了实验模型和有限元模型的前三阶模态振型及固有频率后进行了对比,其结果显示:本文所建立的各向异性结合面接触模型与实验模型所测得的结果吻合较好;有限元模型在不同拧紧力矩下的前三阶固有频率与实验模型的差值在?6%以内,这证明了本文所建立模型的正确性且能如实反映整机的接触特性。（4）建立了各向异性结合面接触阻尼理论模型。依据第二章所建立的各向异性结合面法向接触载荷模型,依照接触力学恒定载荷在微振循环下的能量损耗模式,首次建立了反映各向异性结合面的法向接触阻尼的分形模型。为结合面各向异性接触阻尼研究提供了一种新的理论模型。最后建立了和文献[96]的实验模型参数一致的有限元模型,将本文所建立的接触阻尼理论模型代入有限元模型与文献模型进行了对比验证。结果证明了本文所建立接触阻尼模型的正确性。
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