圓柱形和球形三維粗糙表面接觸特性研究.pdf

1、宏觀領域通常認為光滑平坦的機械零件表面，從微觀領域觀測都是凹凸不平的，這直接導致兩表面在接觸過程中，接觸面積的真實值將遠小于名義值，使得較小的面積承受過大的載荷，從而導致零件失效。為了有效提高產(chǎn)品使用壽命和效率，正確表征接觸載荷與真實接觸面積之間的關系極為重要。
　　本論文基于分形理論建立了三維圓柱形以及球形粗糙表面的力學模型，采用W-M函數(shù)模擬了與分形維數(shù)D，形貌尺度參數(shù)G有關的圓柱形和球形粗糙表面等效輪廓；獲得了圓柱形以及球形

2、粗糙表面接觸過程中的接觸特性；并通過分析復原經(jīng)典彈性Hertz理論的結果對其驗證。針對于此，研究內容以及獲得結論主要如下所示：
　　首先，本文基于Weierstrass-Mandelbrot函數(shù)，對二維粗糙表面和三維圓柱形以及球形粗糙表面進行數(shù)值模擬與表征；探討并分析W-M函數(shù)中各相關參數(shù)對二維以及三維表面形貌的影響。
　　其次，本文推導了單個微凸體發(fā)生彈性，彈塑性以及完全塑性變形的存在條件；對傳統(tǒng)的微凸體面積密度分布函數(shù)進

3、行改進，獲得圓柱形以及球形粗糙表面不同小份上各等級微凸體的面積密度分布函數(shù)；最終得到整個圓柱形和球形粗糙表面的無量綱接觸載荷與無量綱真實接觸面積之間的關系表達式。研究結果表明：粗糙表面中微凸體的臨界變形量以及接觸面積是尺度相關的，并且微凸體的變形順序為彈性變形，彈塑性變形和完全塑性變形。圓柱形和球形粗糙表面的力學性能與微凸體的分布范圍相關；當前六個等級的微凸體小于等于臨界彈性等級，粗糙表面表現(xiàn)出近似的彈性性質，當前六個等級的微凸體大于臨