刘海涛　杜虎兵　王建华

(西安工业大学机电工程学院，陕西 西安 710021)



基于有限元的三维随机形貌结合面接触分析*

国家自然基金面上项目(51475351)；陕西省自然基金面上项目(2015JM5190)

刘海涛杜虎兵王建华

(西安工业大学机电工程学院，陕西 西安 710021)

机加工结合面表面形貌是三维的、随机的，传统的基于微凸体的接触模型由于进行了大量假设，其结论只能在较为苛刻的条件下成立。据结合面三维形貌测量得到的数据，重构出不同材料、加工方式的表面，采用有限元法建立了随机表面的接触模型，通过接触分析来获得了下结合面法向变形量随外载荷的变化规律，并推导出单位面积上结合面法向刚度系数的表达式。结果表明，结合面法向变形量与法向载荷基本符合幂指数函数关系；表面加工方式的不同对于结合面接触性能的影响较大，磨削表面的法向变形量明显小于铣削表面；除铸铁铣削表面外，其他结合面的法向刚度系数趋于稳定，彼此之间相差不大。

结合面；随机形貌；接触分析；有限元法

机床结合面一般是通过铣削、磨削等机械加工方法得到，其显著的特点就是机加工表面形貌是三维的、随机的、符合统计学规律的[1]，且有的表面具有明显的纹理，比如刨削、铣削，在沿着加工方向和垂直于加工方向的凸峰形貌可能会有明显的差别，有的则会形成类似“孤岛”的微凸峰，如研磨。

传统的基于微凸体的接触模型，如Hertz模型[2]、GW模型[3]等，采用经典的接触理论分析两粗糙表面的接触时，进行了大量的假设，如将随机的、复杂粗糙表面简化为两单一的微凸体的接触，以及对于材料弹塑性本构的简化处理等[4-6]，造成其结论只能在较为苛刻的条件下成立，通用性较差。……