[发明专利]一种用于机械结合面接触刚度建模的方法

权利要求书

1.一种用于机械结合面接触刚度建模的方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)测量获取被测表面的微观轮廓形貌，获得被测表面的分形维数和分形粗糙度系数；根据分形维数和分形粗糙度系数计算获得微凸体的密度η、微凸体的曲率半径R以及粗糙微凸体高度的标准偏差σ；

(2)建立包含基体的单个微凸体接触模型；根据所述单个微凸体接触模型，获得考虑基体变形的单个微凸体接触参数；所述单个微凸体接触参数包括：单个微凸体的接触变形、真实接触面积、法向刚度和法向载荷；

(3)采用三角分布函数将步骤(2)建立的单个微凸体接触模型扩展到整个机械结合面，以模拟机械结合面微凸体的高度分布情况，获得采用三角分布函数的GW模型；

其中，设定接触数目在0n1范围内，只有一对微凸体接触，以修正采用三角分布函数的GW模型在微凸体接触数目0n1范围时的缺陷，获得修正后的采用三角分布函数的GW模型；其中，n为微凸体的接触数目；

(4)将步骤(1)获得的微凸体的密度η、微凸体的曲率半径R以及粗糙微凸体高度的标准偏差σ代入步骤(3)获得的修正后的采用三角分布函数的GW模型，获得机械结合面弹性接触刚度模型。

2.根据权利要求1所述的一种用于机械结合面接触刚度建模的方法，其特征在于，包括：步骤(1)中，通过三维形貌测量仪测量获得被测表面的微观轮廓形貌。

3.根据权利要求1所述的一种用于机械结合面接触刚度建模的方法，其特征在于，步骤(2)中，通过弹性力学分析和Hertz接触理论，获得考虑基体变形的单个微凸体接触参数。

4.根据权利要求1所述的一种用于机械结合面接触刚度建模的方法，其特征在于，步骤(1)中，采样数据的结构函数满足的关系如下：

f(τ)＝αG^2(D-1)τ^4-2D(1)；

式中，系数D表示分形维数，G表示分形粗糙度系数，τ表示最小采样间距，Γ表示gamma函数，γ表示谱密度的尺度参数；

对式(1)取对数，简化形式表示为：

y＝kτ+b；

式中，y＝lgf(τ)，k＝4-2D，b＝lgα+2(D-1)lgG；

D和G值分别表示为：

5.根据权利要求4所述的一种用于机械结合面接触刚度建模的方法，其特征在于，步骤(1)中，

式中，

ω_h和ω_l分别表示谱频带宽度的上下限，ω_l＝1/L，ω_h＝1/τ，L为采样长度，α＝(m₀m₄)/m₂²。

6.根据权利要求1所述的一种用于机械结合面接触刚度建模的方法，其特征在于，步骤(2)中建立的包含基体的单个微凸体接触模型中，微凸体的变形量的表达式为：

式中，κ表示微凸体和基体材料的复合弹性模量之比，ξ表示关于微凸体大小的几何参数，δ表示单个微凸体接触模型的总变形量。

7.根据权利要求1所述的一种用于机械结合面接触刚度建模的方法，其特征在于，步骤(3)中，采用三角分布函数得到表征微凸体高度分布的直接解析表达式为

式中，z_n＝z/σ，z为单个微凸体的高度。