[发明专利]一种含表面形貌信息的摩擦片接触压力仿真方法

权利要求书

1.一种含表面形貌信息的摩擦片接触压力仿真方法，其特征在于，实现步骤如下：

步骤一、测量摩擦片表面形貌特征，用白光干涉仪对摩擦片表面进行随机选点扫描，获得摩擦片表面轮廓信息，包括二维表面图像以及三维表面点阵数据；

步骤二、根据步骤一获得的表面轮廓信息，对二维摩擦片表面信息进行图像处理，以颜色深浅不同划分不同的表面区域，使得表面割裂为几种不同的区域，简化仿真难度，并根据三维表面信息获得不同区域之间的平均高度差；

步骤三、依据步骤二的区块划分情况，通过步骤一中获得的三维点阵数据，并运用分形理论中的方法提取不同区块中截面的表面分形特征，获得参数为：分形维数D和尺度系数G；

步骤四、分析摩擦片，查询获得摩擦片结构参数和材料特性参数，结构参数：摩擦片长，宽，摩擦层厚度；材料参数：弹性模量，材料屈服极限，材料硬度；根据弹塑性接触与分形理论，计算出摩擦片材料的侵入深度与承载能力的关系；

步骤五、在步骤四的基础上，结合步骤三的区域形貌特征与步骤二的高度特征，根据材料的侵入深度与承载能力的关系，把摩擦片表面的微观结构信息转化为表面的变刚度信息，将可能发生接触区域的切向与周向侵入深度与承载力关系求均值，计算出刚度系数后，再对刚度系数求均值；

步骤六、应用步骤四中的结构参数在ABAQUS软件中建立摩擦片的抽象接触模型，抽象接触模型不包含表面形貌的模型，把包含微观形貌信息的变刚度信息通过变弹性模量的方式加载到摩擦片抽象接触模型中，并进行含表面形貌信息的摩擦片接触压力仿真。

2.根据权利要求1所述的一种含表面形貌信息的摩擦片接触压力仿真方法，其特征在于，步骤二中所述的对二维摩擦片表面信息进行图像处理，其处理并不是随意的根据图像颜色区域划分，而是依据摩擦接触的接触与摩擦片孔隙度性质：真实接触面积Ar为名义接触面积Aa的25％～30％之间、摩擦片孔隙度为20％，根据表面占分比25：57：18把摩擦片表面划分为三种差异的形貌；然后依据图像颜色识别的方式把摩擦片表面划分并归类为上述三种形貌。

3.根据权利要求1所述的一种含表面形貌信息的摩擦片接触压力仿真方法，其特征在于，步骤三中依据步骤二的区块划分情况，通过步骤一中获得的三维点阵数据，运用分形理论对不同区块中截面的表面分形特征进行提取；其截面选择是依据摩擦片的结构与相对摩擦选取的：选取摩擦片表面相对摩擦速度方向的切向截面、选取摩擦片表面相对摩擦速度方向的法向截面，其对截面的处理是拟合WM函数：

式中：Z(x)-粗糙表面轮廓高度；

x-粗糙表面测量坐标；

G-粗糙表面特征长度尺度系数；

D-粗糙表面分形维数，1D2；

γⁿ-空间频率的模，相应与粗糙表面波长的倒数，γⁿ决定着粗糙表面的频谱，γ＝1.5可适用于高频谱密度及相位的随机性。

4.根据权利要求1所述的一种含表面形貌信息的摩擦片接触压力仿真方法，其特征在于，步骤四中根据弹塑性接触与分形理论，计算出摩擦片材料的侵入深度与承载能力的关系，计算过程中需要用到侵入深度与接触面积关系公式(2)、接触面积与承载关系公式(3)，通过数值方法计算，

式中，P为承载力，D为分形维度，G为尺度系数，Aa为表观接触面积，Ar为真实接触面积，a_c为塑性极限接触斑点面积，为塑性指数，φ＝σ_y/E，σ_y是材料屈服极限，K为硬度系数，K＝H/σ_y，H是材料硬度，σ为形貌高度标准差，δ是侵入深度。