[发明专利]一种考虑弹塑性状态粗糙表面接触刚度的预测方法及系统

权利要求书

1.一种考虑弹塑性状态粗糙表面接触刚度的预测方法，其特征在于，包括，

S1、建立单一微凸体法向接触有限元模型，通过对单一微凸体法向接触有限元模型进行有限元仿真验证，计算得到单一微凸体法向接触有限元的仿真结果；

S2、根据S1中所述的单一微凸体法向接触的有限元仿真结果，确定微凸体的完全弹性变形阶段、弹塑性变形阶段及完全塑性变形阶段的分界点；通过自然对数函数的多项式表征微凸体弹塑性阶段接触载荷与法向变形量之间的关系并确定解析表达式，通过指数函数的多项式表征微凸体的弹塑性变形阶段接触面积与法向变形量之间的关系并确定解析表达式，并结合微凸体的完全弹性变形阶段及完全塑性变形阶段的解析表达式，建立单一微凸体法向接触解析模型；

S3、根据S1中所述的单一微凸体法向接触有限元模型，建立粗糙表面接触解析模型的有限元模型；

S4、根据S2中所述的单一微凸体法向接触解析模型和S3中粗糙表面接触解析模型的有限元模型，建立粗糙表面法向接触解析模型；

S5、根据S3中所述的粗糙表面接触解析模型的有限元模型对S4中所述的粗糙表面接触解析模型的进行有限元仿真验证，获得粗糙表面的接触载荷及接触面积，通过分析计算得到粗糙表面法向接触刚度。

2.根据权利要求1所述一种考虑弹塑性状态粗糙表面接触刚度的预测方法，其特征在于，S1中所述的建立单一微凸体法向接触有限元模型，具体过程为：

建立微凸体与刚性平面接触的有限元模型，约束微凸体上表面自由度，给刚性平面施加向上的位移边界条件模拟微凸体受载，得到单一微凸体受法向载荷时的接触状态变化规律，依据变化规律划分各个接触区间，得到单一微凸体法向接触有限元模型。

3.根据权利要求1所述一种考虑弹塑性状态粗糙表面接触刚度的预测方法，其特征在于，S2中所述的自然对数函数的多项式的表达式为：

a₁ lnδ+a₂δ+a₃

其中：利用对数项a₁lnδ控制拟合曲线的基本形状；加入一次项a₂δ来满足光滑性条件；加入常数项a₃来满足连续性条件，a₁、a₂和a₃为待定系数。

4.根据权利要求1所述一种考虑弹塑性状态粗糙表面接触刚度的预测方法，其特征在于，S2中所述的指数函数的多项式的表达式为：

其中：利用指数项c₁e^δ控制拟合曲线的基本形状；加入反比例项来满足光滑性条件；加入常数项c₃来满足连续性条件，c₁、c₂和c₃为待定系数。

5.根据权利要1所述一种考虑弹塑性状态粗糙表面接触刚度的预测方法，其特征在于，S2中所述的微凸体的完全弹性变形阶段和完全塑性变形阶段的解析表达式采用赫兹理论确定。

6.根据权利要求1所述一种考虑弹塑性状态粗糙表面接触刚度的预测方法，其特征在于，S3中建立粗糙表面接触解析模型的有限元模型，具体过程为：

采用Matlab编程模拟生成粗糙表面点云矩阵，将生成的粗糙表面点云矩阵导入Solidworks建立粗糙表面的几何模型，再将粗糙表面的几何模型导入到ABAQUS商用有限元软件中，建立粗糙表面接触解析模型的有限元模型。

7.根据权利要求6所述一种考虑弹塑性状态粗糙表面接触刚度的预测方法，其特征在于，S4中所述的粗糙表面接触解析模型，具体过程为：

提取粗糙表面接触解析模型的有限元模型的x轴及y轴方向的二维形貌曲线，计算得到形貌曲线的统计学参数取平均，得到微凸体高斯分布函数和粗糙表面的微凸体等效及微凸体的密度；利用微凸体高斯分布函数分别对完全弹性变形阶段、弹塑性变形阶段和完全塑性变形阶段的微凸体的接触载荷及接触面积，积分至整个粗糙表面，得到整个粗糙表面的接触载荷及接触面积与法向变形之间的关系，再结合粗糙表面的微凸体等效及密度，从而建立粗糙表面法向接触解析模型。