[发明专利]一种基于接触热载荷的法向刚度定量试验装置及试验方法

权利要求书

1.一种基于接触热载荷的法向刚度定量试验方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：

步骤1：在标定板和待测试板中分别置入加热件，保持标定板和待测试板的加热面贴合，给定螺钉拧紧力矩；

步骤2：对待测试板进行采样设置；

步骤3：对标定板和待测试板中的加热件进行分段式加热，每个加热段内设有保温温度；基于采样设置对待测试板进行力锤敲击，获得试验的固有频率和试验振幅；

步骤4：辨识得到界面表征参量，与界面其他预设参数一起代入法向接触刚度的理论模型，得到法向刚度的解析解；

步骤5：构建试件有限元分析模型，将步骤4得到的法向刚度的解析解嵌入所述试件有限元分析模型并优化处理，计算得到在一定温度和螺钉拧紧力矩条件下的识别振幅和固有频率；

步骤6：分别将步骤3获得的试验振幅和固有频率与步骤5获得的识别振幅和固有频率进行比较；若误差小于预设值，则以当前识别振型和固有频率对待测试板进行标定，否则，返回步骤5。

2.根据权利要求1所述的一种基于接触热载荷的法向刚度定量试验方法，其特征在于：所述步骤2包括以下步骤：

步骤2.1：采用轮廓仪，设置采样参数；所述采样参数包括放大倍率、采样长度、采样频率、频率间隔、采样频率变化范围、采样点数、采样间距；

步骤2.2：以最小二乘法进行滤波，离散化采样点。

3.根据权利要求2所述的一种基于接触热载荷的法向刚度定量试验方法，其特征在于：所述步骤2.1中，设置轮廓仪的放大倍率为1000，采样长度T＝15mm，频率间隔Δf＝1/T，采样间距Δx＝1μm，采样段数为5，采样频率f_s＝1/Δx；

取最高频率f_max＝fs/2，设定采样频率变化范围为对界面轮廓信号的表达式z(x)进行补零的傅里叶变换，

将z(x)的尾部补零使其长度达到Ns；

得到补零后的傅里叶变换Y＝FFT(z,Ns)；根据Y得到界面功率谱密度函数

其中，Ns为采样点数，G为界面尺度系数，D为界面复杂度，γ为界面轮廓空间频率密度参数，M为界面重叠隆起部的个数，n为频率指数，n_max为最大频率指数，为均匀分布的随机相位，ω为角频率。

4.根据权利要求1所述的一种基于接触热载荷的法向刚度定量试验方法，其特征在于：所述步骤3中，对待测试板进行力锤敲击，敲击点为待测试板的四个角点中任一个，以力锤沿螺钉孔中心连线的方向从右向左激振，或从上向下激振，每次有效激振若干；通过压电式加速度传感器在不同的温度下获取对应有效激振的x、y、z方向上的试验振型，取稳定波段的试验振型，获得试验的固有频率和试验振幅。

5.根据权利要求4所述的一种基于接触热载荷的法向刚度定量试验方法，其特征在于：所述步骤4包括以下步骤：

步骤4.1：设置处理程序，辨识得到界面复杂度D和界面尺度系数G；

步骤4.2：将界面复杂度D和界面尺度系数G代入法向接触刚度的理论模型，得到预设的螺钉拧紧力矩和温度下的接触部位法向刚度理论值。

6.根据权利要求5所述的一种基于接触热载荷的法向刚度定量试验方法，其特征在于：所述步骤4.1中，将轮廓仪测得的数据保存为扩展名为txt的文件，以Matlab软件编制界面功率谱密度函数p(ω)的程序，按照最小二乘一次多项式回归的方法拟合实测数据(lgω,lgP(ω))，得到对数功率谱密度函数；根据试件原始轮廓，分别采用不均匀刻度功率谱法和均匀刻度功率谱法，辨识得到界面复杂度D和界面尺度系数G；

所述步骤4.2中，

法向刚度其中，D为界面复杂度、ψ为域扩展因子、E′为当量弹性模量、a′_L为变形微接触截面积的最大值、a′_c为临界弹性变形微接触截面积、α为线膨胀系数、△T为两界面温差、γ为界面轮廓空间频率密度参数、G为界面尺度系数。