[发明专利]一种确定固定结合面法向接触刚度的方法

摘要

本发明公开了一种确定固定结合面法向接触刚度的方法，计算局部小结合面法向静态刚度，建立接触表面拟合微凸体特征参数矩阵，建立单对微凸体接触刚度表达式k_n，则结合面法向接触刚度为K_n＝∑k_n，整个结合面的法向接触刚度为K_tot＝∫∫K_P(P(x，y))dxdy，能够直观了解微凸体之间的接触信息，能够考虑由于表面波纹度或者形状误差导致表面压力分布不均匀，从而对结合面法向接触刚度造成的影响。

主权项

1.一种确定固定结合面法向接触刚度的方法，其特征在于，包括以下步骤：计算局部小结合面法向静态刚度1)建立接触表面拟合微凸体特征参数矩阵根据粗糙表面形貌数据，选用一种规则几何体形状来模拟粗糙峰，提取各个拟合微凸体的形状参数(A₁，A₂，……，A_p)和峰顶位置坐标(X，Y，Z)，建立该粗糙表面的拟合微凸体特征参数矩阵：Matrix=X1Y1Z1A11A12...A1pX2Y2Z2A21A22...A2p.....................XnYnZnAn1An2...Anp]]>其中，n为拟合微凸体的个数，该矩阵的每一行均代表一个拟合微凸体的位置信息和形状信息；2)建立单对微凸体接触刚度表达式k_n对单对微凸体接触进行受力分析，根据接触力学可以得到接触力F表达式为：上式中，E′为综合弹性模量，β为微凸体等效接触半径，δ为与力F方向一致的变形，δ_c为微凸体由弹性变形向塑性变形过渡的临界变形，H为较软材料的硬度，K为硬度系数，由此可得到法向接触载荷F_n＝Fcosθ，θ为接触角，因此，法向接触刚度为δ₁＝δ/cosα为法向变形；3)计算结合面法向接触刚度K_n首先根据法向变形δ₁判断每个微凸体是否与周围微凸体产生接触，若两个微凸体的δ₁＞0，则可以判定这两个微凸体接触，反之，则没有接触；根据接触上、下表面的微凸体特征参数矩阵Matrix₁及Matrix₂，建立所有微凸体的法向变形理论值其中，m、n分别为上、下表面拟合微凸体的个数，代表Matrix₁的第i行与Matrix₂的第j行的拟合微凸体的法向变形理论值，根据接触判定方法，将中所有非正数置为0，则所有的非0元素代表了两个表面间发生接触的所有的微凸体及其接触法向变形量，根据步骤2)计算每对接触微凸体的法向接触刚度k_n，则结合面法向接触刚度为K_n＝∑k_n；4)计算整个结合面的法向接触刚度K_tot：则整个结合面的法向接触刚度为K_tot＝∫∫K_P(P(x，y))dxdy，其中P(x，y)表示整个结合面单位面积的压力分布，K_P(P(x，y))表示在单位面积的压力分布为P(x，y)时的法向接触刚度，其表达式为K_P＝K_P(P)＝K_n(F_n)/A，A、P分别为局部小结合面的面积和单位面积平均法向接触载荷。