[发明专利]一种确定工程结合界面法向接触刚度的方法

说明书

本发明提供一种确定工程结合界面法向接触刚度的方法，能够直观地了解法向接触刚度特性。所述方法包括：分别测量接触界面在两组不同法向载荷下的接触共振频率；计算测量得到的接触共振频率对应的接触刚度值；根据计算得到的接触刚度值，确定法向接触刚度关于法向载荷的解析表达式；根据确定的法向接触刚度关于法向载荷的解析表达式，确定不同法向载荷下的法向接触刚度。本发明适用于接触刚度值确定操作。

技术领域

本发明涉及动力学测量技术领域，特别是指一种确定工程结合界面法向接触刚度的方法。

背景技术

机械装备是由多种零部件按照预定功能要求组合起来的复杂机械系统，在工程中称零件、组件、部件之间相互接触的表面为“结合界面”或“接触界面”。工程实际中常见的接触界面，如螺栓结合界面，并非绝对光滑，而是具有不同程度的粗糙度。相关研究表明，机械系统有60％-80％的刚度来自接触界面，接触刚度直接影响接触界面的动力学特性，是决定机械零部件使用性能和工作寿命至关重要的因素，已经成为机械领域中的关键共性的基础科学问题。

粗糙界面法向接触刚度的影响因素众多且相互耦合，如材料属性、表面粗糙形貌、工况等，因此法向接触刚度表现出非线性特征。

现有技术中，可以通过建立粗糙界面微观接触力学模型来计算法向接触刚度，该方法无法获得法向接触刚度与法向载荷变化关系的显式表达式，因此无法直观了解法向接触刚度特性。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种确定工程结合界面法向接触刚度的方法，以解决现有技术所存在的无法获得法向接触刚度与法向载荷变化关系的显式表达式、无法直观了解法向接触刚度特性的问题。

为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种确定工程结合界面法向接触刚度的方法，包括：

分别测量接触界面在两组不同法向载荷下的接触共振频率；

计算测量得到的接触共振频率对应的接触刚度值；

根据计算得到的接触刚度值，确定法向接触刚度关于法向载荷的解析表达式；

根据确定的法向接触刚度关于法向载荷的解析表达式，确定不同法向载荷下的法向接触刚度。

进一步地，所述测量得到的接触共振频率对应的接触刚度值表示为：

其中，K_M、K_N分别表示法向载荷F_M、F_N对应的接触刚度，ω_M、ω_N分别表示测量得到的接触界面在法向载荷F_M、F_N下的接触共振频率，m表示接触体等效质量。

进一步地，所述接触体等效质量m＝m₁m₂/(m₁+m₂)；

其中，m₁和m₂表示两接触体的质量。

进一步地，所述根据计算得到的接触刚度值，确定法向接触刚度关于法向载荷的解析表达式包括：

建立含有待定无量纲系数的法向接触刚度关于法向载荷的解析表达式；

根据计算得到的接触刚度值，确定所述法向接触刚度关于法向载荷的解析表达式中的待定无量纲系数；

根据确定的所述法向接触刚度关于法向载荷的解析表达式中的待定无量纲系数，确定法向接触刚度关于法向载荷的解析表达式。

进一步地，建立的含有待定无量纲系数的法向接触刚度关于法向载荷的解析表达式为：