成雨, 原园, 甘立, 徐颖强, 李万钟

(1.西安理工大学 机械与精密仪器工程学院, 陕西 西安　710048;2.西北工业大学 机电学院, 陕西 西安　710072)



尺度相关的分形粗糙表面弹塑性接触力学模型

成雨1, 原园1, 甘立1, 徐颖强2, 李万钟2

(1.西安理工大学 机械与精密仪器工程学院, 陕西 西安710048;2.西北工业大学 机电学院, 陕西 西安710072)

摘要：依据分形理论,研究了粗糙表面间的真实接触状况,建立了粗糙表面间的分形接触模型。考虑微凸体的等级,确定了弹性临界等级、第一弹塑性临界等级和第二弹塑性临界等级的表达式,研究了粗糙表面中单个微凸体的弹性、弹塑性及完全塑性变形的存在条件,推导出各个等级微凸体的临界接触面积的解析式。在此基础上应用微凸体的面积分布密度函数,获得了接触表面上接触载荷与真实接触面积之间的关系。计算结果表明:单个微凸体的临界接触面积是和微凸体的尺度相关,随着微凸体等级的增大而减小;微凸体的变形顺序为弹性变形、弹塑性变形和完全塑性变形,与传统的接触模型一致;在整个粗糙表面接触过程中,粗糙表面变形过程与单个微凸体的变形过程一致;最大微凸体所处的等级范围不同,粗糙表面所表现的力学性能也不相同。

关键词：粗糙表面;微凸体;尺度;临界接触面积;弹塑性接触

粗糙表面间接触特性的研究对分析其摩擦、磨损、导电、导热等性能具有重要影响。早期的研究主要是基于统计学分析的接触模型,采用的统计参数与采样长度和仪器分辨率相关,进而导致对确定粗糙表面的表征和分析结果不具有唯一性[1-2]。……