[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

说明书

本发明公开了一种含表面形貌信息的摩擦片接触压力仿真方法，本发明利用图像处理与接触分析的手段概念，把表面形貌信息叠加到模型网格中，实现了摩擦片的接触详细信息的仿真。其能够实现含表面形貌信息的摩擦片接触压力仿真，把微观表面信息添加到宏观摩擦片接触模型上，使得摩擦片的接触压力仿真分布更接近实际情况。通过微观接触理论与宏观实际工程结合起来，使得摩擦片的接触压力仿真具有理论支撑且更具使用意义。

技术领域

本发明属于摩擦副压力分布仿真技术领域，具体涉及一种含表面形貌信息的摩擦片接触压力仿真方法。

背景技术

摩擦元件广泛存在于车辆离合器、制动器等基础部件中，摩擦元件性能的好坏直接影响离合器、制动器的性能指标。摩擦元件的扭矩研究一直是研究的热点，根据库伦摩擦理论，扭矩由摩擦系数与正压力乘积产生，由此就分出了摩擦系数和正压力的研究。能否更精确地预测摩擦副的摩擦系数与实现均匀的压力分布设计关系到摩擦片各项性能是否能按照设计意图实现。随着大量摩擦片摩擦磨损试验的进行，摩擦系数，作为宏观参数，已经进行了从载荷、速度、润滑等不同工况下的研究，并建立了Stribeck理论假设以及各种仿真计算方式。但是由于局限于理论与试验技术，对摩擦片接触界面的压力测量与仿真还不能成熟，比如：1)应变片等测量装备尺寸较大不能分辨摩擦片不同区域压力变化；2)接触式压力测量本质上破坏了摩擦接触界面不能反映真实情况；3)宏观的压力仿真只能计算平均压力而丢失了局部压力分布的重要信息、微观仿真要用到接触理论，但接触理论探讨微观尺度10μm级接触，而不能直接应用到工程实际中(量级一般在10²mm)进行仿真计算等。上述原因使得摩擦片压力分布试验与仿真研究进展缓慢，这导致指导摩擦片的设计与使用的方法通常是参照经验总结，这必然会使摩擦片的设计结果与使用情况处于不准确、不可控的境地。所带来的后果是使摩擦元件设计与使用不够优化，浪费材料性能。

发明内容

本发明要解决的技术问题为：是为了解决摩擦片宏观压力仿真不能反映微观局部形貌造成压力不均匀的问题，提供一种含表面形貌信息的摩擦片接触压力仿真方法，该方法有效的把摩擦片微观局部形貌信息添加到摩擦片接触压力仿真中，其优点在于通过测量真实摩擦片表面形貌，对表面信息进行处理加工，建立表面形貌与接触刚度的数学模型，通过有限元软件把摩擦片微观信息与宏观结构融合在一起，对摩擦片进行含有形貌信息的接触仿真，为摩擦片的压力分布提供较为真实的参考。

本发明采用的技术方案为：一种含表面形貌信息的摩擦片接触压力仿真方法，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；

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。