[发明专利]一种机械结合面实际接触面积的数值估算方法

说明书

本发明提供一种机械结合面实际接触面积的数值估算方法，涉及机械结合面技术领域。该方法首先获得机械结合面的涂料印记拓片，并将机械结合面的涂料印记拓片作为研究目标区域，采用离散法计算机械结合面的实际接触面积与名义接触面积之比；再对机械结合面的接触边界进行修正，进一步得到机械结合面实际接触面积的计算公式；最后根据实验获得的机械结合面的涂料印记拓片，统计出拓片中边界接触单元面积和内接触单元面积，计算不同面压下机械结合面实际接触面积。该方法提高了机械结合面实际接触面积的计算精度与计算速度，大大提高了计算的效率。

技术领域

本发明涉及机械结合面技术领域，尤其涉及一种机械结合面实际接触面积的数值估算方法。

背景技术

机械结合面相互接触表面的实际接触面积只是名义接触面积的一部分，目前对实际接触面积的研究主要处于理论研究阶段，机械结合面的实际接触面积的传统计算方法是通过分形理论计算得到，但计算实际接触面积时需要确定最大接触点的面积，该最大面积往往难以精确获得，给精确计算机械结合面实际接触面积带来困难，也为机械结合面的接触刚度分析及接触热阻等性能分析带来困难。为了准确获得机械结合面静动态接触特性，需要一种精确计算机械结合面实际接触面积的新方法。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种机械结合面实际接触面积的数值估算方法，实现对固定机械结合面实际接触面积的计算。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种机械结合面实际接触面积的数值估算方法，包括以下步骤：

步骤1：获得机械结合面的涂料印记拓片；

通过将待测实验试件的机械加工表面涂覆上一层涂料，再施加某一特定的压力，得到机械结合面的涂料印记拓片；

步骤2：将机械结合面的涂料印记拓片作为研究目标区域，采用离散法计算机械结合面的实际接触面积与名义接触面积之比；

将机械结合面的涂料印记拓片作为研究目标区域，设定机械结合面的研究目标区域为边长为L的正方体，且目标区域面积共有N²个大小相同的正方形离散单元，包括接触单元和非接触单元，则机械结合面的名义接触面积A_n＝L²，每个离散单元的边长Δx＝L/N，每个离散单元面积为Δx²；

机型结合面的离散单元分为接触单元和非接触单元两种，其中，接触单元又分为内接触单元和边界接触单元两类，则离散化后机械结合面拓片的总接触单元数N_a＝N_i+N_b，其中，N_i为内接触单元数，N_b为边界接触单元数；

则机械结合面的实际接触面积与名义接触面积之比，如下公式所示：

其中：β为机械结合面接触边界的修正系数，0＜β＜1；

设定离散接触单元的接触边界周长为l_d＝MΔx，其中，M是离散化后机械结合面边界接触单元的外边界的水平边和竖直边的总数量；

对机械结合面的涂料印记拓片进行离散化处理时，将接触区域和非接触区域之间的矩形边界用光滑曲线边界代替，则接触边界周长和平滑边界周长之间的转化关系为：

所以，机械结合面实际接触面积与名义接触面积之比估算为如下公式所示：

其中：A_a为离散化后机械结合面所有接触单元的总面积；

步骤3：对机械结合面的接触边界进行修正，进一步得到机械结合面实际接触面积的计算公式；