[发明专利]一种基于FFT确定结合面接触参数的方法

摘要

一种基于FFT确定结合面接触参数的方法，属于表面加工技术领域，特征是结合傅里叶变换的频域转换特性，提出一种用于计算机械结合面总接触刚度与实际总接触面积的模型，依据此方法研究各机械结合部位的接触情况，包括接触阻尼与热阻等参数。根据微凸体所处的三种变形阶段，在多尺度接触模型的基础上来计算结合面总接触刚度与实际总接触面积，其主要步骤为：1.设置采样长度获取轮廓高度；2.对表面轮廓进行傅里叶变换，获取名义接触面积等参数；3.根据微凸体所处的变形状态计算表面的实际总接触面积与总接触刚度。优点是本发明可直接用于实际表面中，计算结果更精确。

主权项

1.一种基于FFT确定结合面接触参数的方法，其特征在于：实施步骤如下：(一)设置采样长度获取表面轮廓高度：模拟表面轮廓：通过MB函数仿真得到表面轮廓形貌，z(x)表示表面轮廓高度；D为表面分形维数；G为分形粗糙度；空间频率n为频率指数，nl对应的是轮廓的最低采样频率指数，fi为采样频率，γ为大于1的实数，取γ＝1.5；(二)对表面轮廓进行傅里叶变换：对粗糙表面做傅里叶变换，将表面分解为不同频率级余弦微凸体的叠加，用i表示微凸体所处的频率级数，此模型中，第i级微凸体位于第i-1级微凸体之上，故第i级所有微凸体的名义接触面积相当于第i-1级所有微凸体的实际接触面积，第i级微凸体的个数由其名义面积乘以第i级微凸体的面密度得到，每一频率级微凸体面密度ηi＝2fi2，曲率半径值第一频率级微凸体的接触面积即名义接触面积A＝L2；每一频率级微凸体参与接触的个数为微凸体的实际接触总面积为每一频率级的接触载荷以上式中，L为采样长度；βi为第i级微凸体的幅值；表示i级单一微凸体的接触面积；表示i级单一微凸体的接触载荷；Ai表示第i级所有微凸体的接触面积；(三)根据微凸体所处的变形状态计算表面的实际总接触面积与总接触刚度：(1)每一频率级微凸体的接触面积与法向接触载荷是根据微凸体所处的变形阶段内相应变形阶段的计算公式来求解；(2)当法向接触载荷小于弹性形变临界值，即时，微凸体处于完全弹性变形或弹塑性变形状态，弹性状态下由赫兹理论计算单个微凸体的接触面积与接触刚度单个微凸体接触半径接触面积由算出，式中R为单个微凸的曲率半径，F为施加的法向载荷，E为弹性模型。微凸体变形量：接触刚度由算出；当法向接触载荷小于弹塑性形变临界值且大于弹性形变临界值，即时，微凸体处于弹塑性变形阶段，利用KE模型，单个微凸体与刚性平面接触后的接触面积与接触刚度由下列公式算出：a.接触载荷-位移的关系b.接触面积-位移的关系式中，表示单个微凸体发生塑性变形时的临界位移量；H为微凸体材料硬度，表达式为H＝2.8Sy，Sy为材料的屈服强度；K＝0.454+0.41υ表示材料硬度系数，υ为微凸体材料泊松比；为弹性弹塑性临界接触载荷；Ac＝πRωc为弹性弹塑性临界接触面积；(3)计算弹性与弹塑性变形阶段各级微凸体总接触面积Ai和单级接触刚度ki:总接触刚度若此时所处频率级达到最大频率级数，则迭代终止，输出结果，否则重复前面的迭代；(4)塑性变形阶段，其接触面积的表达式为Ap＝2πRω，接触载荷Fp＝ApH＝2πRωH，进入塑性阶段，迭代终止，此时得到的接触面积便是实际总接触面积值。