[发明专利]一种包含微观表面形貌的结合面接触性能分析方法

权利要求书

1.一种包含微观表面形貌的结合面接触性能分析方法，其特征在于，包含下述步骤：

1)通过激光共聚焦显微镜测量实际表面或利用三维形貌模拟方法获得高斯或非高斯粗糙表面，提取3D粗糙表面形貌的高度矩阵为Z(m,n)，其中m、n分别表示x、y方向取点的数目；

2)以步骤1）中获得的微观表面形貌为对象，选取适宜的间距，利用点云处理方法将3D粗糙表面离散成有限元软件容易提取的txt文件；

3)利用步骤2）生成的三维点的txt文件，导入有限元软件中生成点云模型，利用有限元的双重循环命令，连接X/Y方向相邻四点，生成微观面片群，获得结合面每一连接表面的微观形貌；

4)以步骤3）生成的两组粗糙表面为基础，通过平面拉伸，并利用有限元软件关键点的平移和坐标修改功能，构建一组考虑连接表面微观表面形貌的体模型；

5)以步骤4）生成的体模型为基础，通过线网格控制的方法，对体模型进行六面体网格划分；

6)以步骤5）生成的网格模型为基础，定义结合面接触对，固定下连接体下表面z方向的位移，通过对上连接体上表面位移约束施加载荷边界条件，构建两3D粗糙表面接触的有限元接触模型，并进行结构静力求解，观测连接结合面的接触载荷和接触压力分布规律。

2.根据权利要求1所述的一种包含微观表面形貌的结合面接触性能分析方法，所述的利用三维形貌模拟方法获得高斯粗糙表面，具体包含以下步骤：

1)利用白噪声发生器randn(m,n)产生白噪声序列η(m,n)，且获得其傅里叶变换A(m,n)；

2)利用给定自相关函数生成相关矩阵R(m,n)；假定自相关函数为f(x,y)，其中β_x、β_y分别为X、Y方向的自相关长度；

指定X、Y方向离散间距分别为Δ_x=1μm、Δ_y=1μm，在0≤x≤m/2，0≤y≤n/2区域内对自相关函数进行离散，获得自相关函数的离散矩阵R(m/2+1,n/2+1)，然后扩展 为-m/2≤x≤m/2，-n/2≤y≤n/2区域内对应的自相关矩阵函数离散矩阵R(m,n)：

R(k+1,l+1)=f(k,l)                        k=0,1,2...0.5m，l=0,1,2...0.5n

R(0.5m+2+k,l+1)=f(0.5m-k,l+1)            k=0,1,2...0.5m-2，l=0,1,2...0.5n

R(k+1,0.5n+l+2)=f(k+1,0.5n-l)            k=0,1,2...0.5m，l=0,1,2...0.5n-2

R(0.5m+k+2,0.5n+l+2)=f(0.5m-k,0.5n-l)    k=0,1,2...0.5m-2，l=0,1,2...0.5n-2

3)对自相关函数矩阵R(m,n)进行傅里叶变换，获得模拟表面的功率谱密度P；

4)由白噪声的功率谱密度为常数C，假设C=1，计算白噪声到模拟高斯表面的传递函数H(m,n)：

5)利用频域点积（A.*H）取反傅里叶变换的方法获得高斯表面的初始高度矩阵序列z：

6)根据给定高度标准偏差σ与模拟表面z的实际标准偏差std2(z)，求白噪声功率谱密度常数C=σ/std2(z)，从而模拟生成符合给定标准偏差等要求的高斯表面高度矩阵z：z=z*C.

3.根据权利要求1所述的一种包含微观表面形貌的结合面接触性能分析方法，所述的利用三维形貌模拟方法获得非高斯粗糙表面，具体包含以下步骤：

1)直接利用高斯粗糙表面的数字化模拟所生成的高度序列z，采用Pearson或Johnson非高斯变换系统进行非高斯变换，生成非高斯序列Z；

2)如果所生成的非高斯序列的偏斜度S_k与峰度K_u不满足精度要求，则采用新的白噪声序列，重复高斯粗糙表面高度序列的模拟及其非高斯转换，直到满足精度要求，完成非高斯粗糙表面的数字化模拟。