乔泽龙,韩炬,董威

(华北理工大学机械工程学院,063210,河北唐山)

所有的工程表面都具有一定的粗糙性,适宜的粗糙面模型应用在相关研究中能有效降低试验成本并提高分析效率,对于深入理解结合表面之间的接触[1]、磨损[2]、润滑[3]、热传导[4]等机理具有重要的意义。国内外学者研究粗糙面模型的构建已有五十几年[5],主要涉及两个关键问题,其一是微凸体高度及分布情况能客观反映实际粗糙面形貌特征,其二是微凸体接触模型能有效反映实际接触变形规律。本文重点关注粗糙曲面三维形貌特征模型的构建。

机械加工面的粗糙形貌与加工工艺密切相关,近年来,众多学者结合刀具尺寸与倾角、加工路径以及振动等因素,实现了对机械加工工件表面形貌的预测[6-7],但一般用于工件表面质量评测,没能应用于机械结合面的接触、润滑、磨损等特性分析。

现有获取粗糙面的三维形貌主要包括试验法与数值法两种方式。目前,表面形貌的测试方法很多[8],但受到横纵坐标分辨率的限制,测试获取的形貌模型在很多细节上被简化,此外测试得到的模型只是对现有加工面的再现,很难对获取改性的曲面形貌进行对比研究。

通过分析真实粗糙表面数据,发现粗糙表面具有统计自仿射的特性[9-10],进一步研究证实粗糙表面的分形特性与尺度无关[11]。虽然应用数值方法构建三维粗糙曲面的方法很多,但由于分形粗糙面在进行接触、润滑等分析时有较高的适用性[12-16]。……