[发明专利]一种关于结合面法向接触参量的测量方法及测量系统

权利要求书

1.一种关于结合面法向接触参量的测量方法，其特征在于，包括：

步骤1，装配前获取两零部件待接触的结合面采样数据点，并按照位置分布形成的表面点云进行预处理形成完备的点云数据；

步骤2，将其一零部件的点云数据翻转至与另一零部件的点云数据的坐标平面平行，形成彼此分离且上、下两表面对称的点云数据；

步骤3，装配后获取两零部件结合面之间的实际接触载荷；

步骤4，将其中一个表面的点云数据向另一表面移动进行仿真迭代计算，在两表面点云至少有一个点发生重合时，基于表面微凸体之间的弹性耦合和聚结作用计算此时结合面的接触面积和接触刚度；并根据所述结合面的接触面积计算接触载荷，当所述接触载荷大于或等于所述实际接触载荷时，结束迭代并输出接触刚度和接触面积；

所述步骤4包括：

步骤41，重合点周围的邻近点未接触时，该重合点为微接触区域内的首次重合点，称为微接触区域的接触点CP_i，计算接触点CP_i的综合曲率半径R_i；

重合点周围的邻近点接触时，根据重合点和已接触的邻近点的坐标位置，组成所在的微接触区域，计算所述微接触区域的实际微接触面积a_i；

步骤42，统计结合面上已有的微接触区域及接触点，考虑微凸体之间的弹性耦合和聚结作用，根据上下零部件材料的综合弹性模量E′、当前微接触区域的接触点CP_i的综合曲率半径R_i、当前微接触区域的实际微接触面积a_i，计算当前微接触区域的接触刚度和接触载荷，累加所有微接触区域的接触刚度和接触载荷分布得到结合面的总接触刚度和总接触载荷；

步骤43，在计算的总接触载荷大于或等于实际接触载荷时，结束迭代并输出接触刚度和接触面积；

所述步骤41中计算接触点CP_i的综合曲率半径R_i的步骤包括：

步骤411，根据接触点CP_i和邻近点的坐标位置，计算上、下表面点云在接触点CP_i位置的平均曲率半径R_1i和R_2i，两者的计算公式为：

其中v_i为CP_i点的向量坐标，v_j为CP_i邻近点的向量坐标，其中0＜j≤k，k为邻近点总数，A_Vori为CP_i点与所有邻近点中任意相邻两点两两连线组成三角形的外接圆心向以CP_i点为顶点的两条三角形边做垂线形成的四边形面积和，θ_i,j为三角形Δv_iv_jv_j+1中边v_jv_i的对角，λ_i,j为三角形Δv_iv_jv_j-1中边v_jv_i对应的角，N_vi为相邻两邻近点与CP_i点两两连线组成三角形的单位法向量；

根据计算公式计算CP_i的综合曲率半径R_i；

所述步骤41中计算当前微接触区域的实际微接触面积a_i的步骤包括：

步骤412，当前微接触区域的实际微接触面积a_i为：

S_d＝M_g×Δx

M_g＝(y_max-y_min+x_max-x_min+4)×2

其中N_g为当前微接触区域已发生重叠的接触点总数，Δx为数据点采样间隔，S_d为微接触区域所覆盖的网格边界周长，M_g为沿着微接触区域所覆盖的边界沿水平和垂直方向边界网格点的数量，x_max、x_min、y_max和y_min分别为当前微接触区域内所有已发生重叠的数据点横坐标x、纵坐标y的最大值和最小值；

所述步骤42中计算当前微接触区域的接触刚度和接触载荷的步骤包括：

步骤421，计算结合面上每个接触点CP_j与当前微接触区域接触点CP_i的距离d_ij，公式为：

其中，x_i、x_j、y_i和y_j分别为CP_i和CP_j的横坐标、纵坐标；0＜j≤n_I，n_I为接触点总数；

步骤422，根据n_I的大小、i与j的关系、CP_j与CP_i的关系及每个d_ij的大小、计算当前微接触区域接触点CP_i的实际变形深度δ_ni；

步骤423，根据公式得到当前微接触区域接触刚度k_n；根据公式得到当前微接触区域接触载荷p。