[发明专利]一种计算两接触物体间缝隙宽度的方法

说明书

本发明公开了一种计算两接触物体间缝隙宽度的方法，分别获取两接触物体的杨氏模量、硬度、泊松比以及屈服应力，首先计算出两物体的临界位移、临界法向载荷及临界接触面积，然后计算两物体的接触面的平均压力，并计算两物体接触缝隙宽度为0时真实接触面积和两接触物体的实际接触面积，最后计算出两物体接触缝隙宽度和两物体紧密接触的预紧力，即接触缝隙宽度为0时的法向载荷。本发明能够计算两接触物体之间的缝隙宽度及两物体紧密接触所需要的预紧力，从而弥补了工程上无法确定两物体接触紧密程度的不足，具有计算简单，计算结果快速准确的优点。

技术领域

本发明涉及接触力学和密封领域，具体涉及一种计算两接触物体间缝隙宽度的方法。

背景技术

通常，人们简单的使用两接触物体间的名义接触面积(An)作为两物体间真实接触面积(A)，而实际上，物体表面并不是完全光滑的，物体表面上存在着许多微小的凸起。Greenwood和Williamson在1966年提出了物体表面凸起的高度服从高斯分布的假设，Greenwood和Williamson假设凸起的接触是弹性的，当凸起的接触在接触法向位移大于临界位移时是弹塑性的，当接触是弹塑性的，可以用单凸体弹塑性接触模型描述。但是不管用哪种模型，现有技术均无法计算出两接触物体之间缝隙的宽度，从而无法确定两物体接触的紧密程度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种计算两接触物体间缝隙宽度的方法，能够计算出两接触物体之间的缝隙宽度及两物体紧密接触所需要的预紧力，从而弥补了工程上无法确定两物体接触紧密程度的不足。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种计算两接触物体间缝隙宽度的方法，依次包括以下步骤：

(1)将两接触物体分别记为第一物体和第二物体，分别获取第一物体和第二物体的杨氏模量E₁和E₂、硬度H₁和H₂、泊松比v₁和v₂；

(2)假设两接触物体表面存在许多微小的凸起，凸起的高度服从高斯分布，即

其中，f₁(z₁)和f₂(z₂)分别表示第一物体和第二物体表面凸起的高斯分布，z₁和z₂分别表示第一物体和第二物体的表面凸起的高度，μ₁和μ₂分别表示z₁和z₂的平均值，σ₁和σ₂分别表示z₁和z₂的标准差；

(3)设两接触物体的名义接触面积为A_n，利用表面形貌分析仪分别获取第一物体和第二物体的名义接触面积大小的表面的三维形貌，依据表面三维形貌数据的极大点确定两接触物体表面凸起高度z₁和z₂，依据极值点附近局部形貌数据确定第一物体和第二物体表面凸起的尖端半径R₁和R₂；

(4)计算两接触物体表面凸起高度的平均值和标准差，具体计算方法如式(2)和式(3)所示：