基于分形理論的機械結合部接觸特性參數研究.pdf

1、接觸特性參數包含接觸剛度、接觸阻尼和靜摩擦系數、接觸熱阻抗和接觸電阻抗等參數，對于機械結合部，前三個接觸參數直接影響著整機靜態(tài)特性及動態(tài)特性。一臺機床中機械結合部的剛度和阻尼相對于材料本身的剛度與阻尼占據著主導地位，從而成為研究整機靜動態(tài)性能的關鍵參數。但是由于結合部接觸特性具有復雜的非線性特性，在很長的一段時間里，結合部的接觸特性參數產生的機理并沒有得到較透徹研究，導致從理論上精確建立機械接合部動力學模型也變得非常困難。故本文將致力于

2、從機理上研究結合部接觸特性，建立接觸特性參數的解析模型，分析影響因素，為高精度的參數化建模提供一種方法，為機械結構的動態(tài)優(yōu)化設計提供理論依據。本文研究的主要工作和創(chuàng)新點如下：
　　提出了一種基于分形理論的結合部接觸力學模型。利用改進的三維 WM分形函數對接觸表面進行表征，從結合部微觀接觸特性著手，分析了微凸體變形的彈性、彈塑性、完全塑性接觸力學特性，基于Hertz接觸理論和分形理論，建立了微凸體彈塑性變形階段的接觸載荷與接觸面積方

3、程，提出了微凸體接觸力學模型。利用島嶼面積分布的分形理論，建立了結合部接觸力學模型，并分析了分形參數及法向載荷對其作用規(guī)律。將建立的微凸體接觸力學模型與四種經典的接觸理論及實驗數據進行對比分析，證明了本文提出的接觸模型的有效性和普適性。
　　建立了結合部法向及切向接觸剛度參數的解析模型。利用微凸體接觸力學模型及Mindlin球體滑移接觸理論，分析得出彈性區(qū)和彈塑性區(qū)的微凸體法向及切向接觸靜剛度?；诜中卫碚?，建立結合部的法向及切向

4、靜剛度參數模型。同時，研究了球體-平面動態(tài)接觸的振動微分方程，推導出微凸體接觸的線性化靜剛度，首次建立了具有分形特征結合部的動剛度與靜剛度的聯(lián)系。另一方面，探索了結合部在流體潤滑狀態(tài)下的剛度特性，基于分形理論建立了部分膜潤滑狀態(tài)下粗糙面接觸的平均雷諾方程，利用分離變量法得到流體平均壓力解析解，推導出流體剛度，建立了包含固體接觸剛度和流體剛度的結合部等效剛度參數的解析模型，并分析了各種影響因素的作用規(guī)律。
　　研究了結合部法向及切向

5、接觸阻尼參數的解析模型?；诜中卫碚摷癝abot振動接觸理論，推導了結合部每周期法向能量損耗及存儲表達式，同時聯(lián)合分形理論及Mindlin理論，計算出每周期切向能量損耗及存儲方程，建立結合部的法向及切向接觸阻尼參數的解析模型。另一方面，研究了結合部在流體潤滑狀態(tài)下阻尼特性，利用部分膜潤滑平均雷諾方程，解出部分膜潤滑狀態(tài)下接觸法向流體阻尼，最終建立了包含固體接觸阻尼和流體阻尼的結合部等效阻尼的解析模型，同時分析了各種影響因素的作用規(guī)律。<

6、br>　　推導了結合部靜摩擦系數參數的解析模型。利用第三強度理論，解出微凸體最大靜摩擦力，基于分形接觸模型，建立了結合部的最大靜摩擦力及靜摩擦系數模型。同時，研究了結合部在流體潤滑狀態(tài)下的摩擦特性，基于牛頓粘性定律并結合流體平均壓力解析解，推導出部分膜潤滑狀態(tài)下流體摩擦力表達式，建立了部分膜潤滑狀態(tài)下的靜摩擦系數模型。
　　最后，對試件表面進行輪廓測試分析，獲取接觸分形參數。對螺栓固定結合部進行了模態(tài)試驗，獲取諧振頻率及頻響函數。