[发明专利]一种确定固定结合面法向接触刚度的方法

摘要

本发明的目的是针对固定结合面接触电阻比法向接触刚度容易测量的现状，结合理论计算与实验测试，提出一种间接获得结合面法向接触刚度的新方法。本发明根据测量并后处理接触表面微观形貌，建立结合面接触电阻RC与法向接触刚度Ktot之间的关系。首先建立结合面接触电阻RC的表达式；然后建立结合面接触电阻Ktot的表达式；最后建立接触电阻RC与法向接触刚度Ktot的关系。本发明结克服了法向接触刚度不易测量且测量成本高的缺点；该方法考虑了两个粗糙表面的弹塑性接触，考虑了更全面、准确的实际表面形貌信息。

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：(一)测量并后处理接触表面微观形貌：利用三维形貌测量仪器分别获得结合面处两个接触表面的微观形貌数据，用旋转抛物体拟合接触表面的微凸体，并提取各个拟合微凸体的形状参数及其顶点在接触表面上的空间位置坐标即x、y、z坐标；(二)建立结合面接触电阻R_C与法向接触刚度K_tot之间的关系(1)建立结合面接触电阻R_C的表达式对单对微凸体侧接触进行接触受力分析，根据接触力学得到接触区域的接触面积A与接触表面之间的距离d之间的关系：A＝A(d)，则接触面积A在接触表面上的投影A_n的表达式为：A_n＝Acosθ，其中，θ为接触角；单对微凸体接触时若接触区域为圆，则接触电阻R的表达式为R=1.054Ca]]>式中，a为接触区域的半径，其表达式为C为接触电导率，与两个接触表面的电导率C₁、C₂之间的关系为在各个微凸体接触对之间的接触是相互独立的前提下，结合面接触电阻可以看作是由各个微凸体接触对接触电阻并联产生的，因此，结合面接触电阻R_c的计算公式为：1Rc=Σi=1Nsp1Ri]]>式中，R_i为第i个接触对的接触电阻，N_sp为结合面上所有接触对的个数；(2)建立结合面接触电阻K_tot的表达式对单对微凸体接触进行接触受力分析，F为接触区域法向方向的接触载荷，F_n、F_t分别为F在结合面法线方向及切向方向的分量；对于没有切向滑移的固定结合面，根据弹塑性接触力学可得接触载荷F与接触表面之间的距离d之间的关系：F＝F(d)；因此，单对微凸体接触的结合面法向接触载荷F_n的表达式为：F_n＝Fcosθ；根据接触刚度的定义，可得单对微凸体接触的法向接触刚度K_n的表达式为：在各个微凸体接触对之间的接触是相互独立的前提下，结合面法向接触刚度可以看作是由各个微凸体接触对法向接触刚度的并联产生的，因此，结合面法向接触刚度K_tot计算公式为：Ktot=Σi=1NspKni]]>式中，为第i个接触对的法向接触刚度，N_sp为结合面上所有接触对的个数。(3)建立接触电阻R_C与法向接触刚度K_tot的关系根据步骤(1)、(2)，可以分别得到结合面的接触电阻R_c与接触表面的距离d、法向接触刚度K_tot与接触表面的距离d之间的关系；因此，通过接触表面之间的距离d可以建立接触电阻R_C与法向接触刚度K_tot的关系。