机械结合面法向接触刚度和阻尼的理论模型.pdf

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1、第53卷第9期机械工程学报Vol.53No.92017年5月JOURNALOFMECHANICALENGINEERINGMay2017DOI：10.3901/JME.2017.09.073*机械结合面法向接触刚度和阻尼的理论模型傅卫平娄雷亭高志强王雯吴洁蓓(西安理工大学机械与精密仪器工程学院西安710048)摘要：基于统计接触理论和等效粗糙接触表面假设，考虑微凸体在加卸载及动态载荷下的变形特征，建立了结合面法向静、动态接触模型，获得了单位面积法向静、动态接触刚度与接触阻尼(基础特性参数)。基于Kadin和Etsion的粗糙表面弹塑性卸载接触模型

2、，通过引入微凸体卸载过程中残余变形与最大变形量及最大接触载荷之间的函数关系，建立静态加卸载接触模型。针对结合面间简谐动态相对位移，利用泰勒公式对静态接触载荷和接触刚度进行展开，得出了动态接触载荷、接触刚度的增量以及动态接触载荷下的能量损耗，建立了法向动态接触刚度和接触阻尼的计算模型。分析了结合面面压、动态位移幅值及振动频率对动态接触刚度和接触阻尼的影响规律，研究表明：法向动态接触刚度相对静态接触刚度有微小偏移增量，动态接触刚度增量和接触阻尼随法向面压及动态位移幅值的增大而非线性增大，动态接触刚度增量随振动频率增加呈非线性增大，而接触阻尼则随振动

3、频率增加呈非线性减小。通过理论计算与试验结果的对比分析，证明了本文建立的结合面法向静、动态接触刚度及接触阻尼理论模型的正确性。关键词：结合面；微凸体；加卸载；接触刚度；接触阻尼中图分类号：TG156TheoreticalModelfortheContactStiffnessandDampingofMechanicalJointSurfaceFUWeipingLOULeitingGAOZhiqiangWANGWenWUJiebei(SchoolofMechanicalandPrecisionInstrumentEngineering,Xi’anU

4、niversityofTechnology,Xi’an710048)Abstract：Basedonthestatisticalcontacttheoryandtheassumptionofequivalentjointsurface,andtheasperitydeformationcharacteristicsareconsideredundertheloading,theunloadingandthedynamicloading.Then,thestaticanddynamiccontactmodelcanbeestablished,an

5、dthebasiccharacteristicparametercanbeobtained,whichincludethestaticanddynamiccontactstiffnessandcontactdampingintheunitarea.Firstly,basedontheKadin’sandEtsion’sunloadingmodelofroughsurfacesinelasticplasticstage,therelationshipofresidualdeformationandmaximumdeformationandmaxi

6、mumcontactloadisintroduced.Thenthestaticloadingandunloadingcontactmodelcanbecreated.Secondly,aimedatthedynamicharmonicdisplacementbetweencontactsurfaces,thestaticcontactloadandcontactstiffnessareexpandedbyusingTaylor'sformula.Thedynamicload,thecontactstiffnessincrementandthe

7、energydissipationinthedynamicloadingcanbeobtained.Thenthemodelofdynamiccontactstiffnessanddampingisbuilt.Thirdly,influencesofthecombinedsurfacepressure,dynamicdisplacementamplitudeandvibrationfrequencyonthedynamiccontactstiffnessandcontactdampingareanalyzed.Theresearchshowst

8、hatthenormaldynamiccontactstiffnessisslightlyoffsetcomparedwiththestaticcon