基于快速傅里叶变换的三维非高斯粗糙表面数值仿真-论文.pdf

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1、第9卷第8期中国科技论文VoI．9No．82014年8月CHINASCIENCEPAPERAug．2014基于快速傅里叶变换的三维非高斯粗糙表面数值仿真张生光，王文中(北京理工大学机械与车辆学院，北京100081)摘要：实际工程粗糙表面多数符合非高斯分布，非高斯粗糙表面的数值仿真和生成对于研究两表面间润滑、接触行为具有重要意义。基于有限脉冲滤波技术，利用快速傅里叶变换算法，生成具有给定峰度、偏态和自相关函数的非高斯粗糙表面。当非高斯粗糙表面生成时，将其高度分布视为随机序列，用幅值和相角两个分量来表示，通过分别求解这两个分量使粗糙表面具有给定的表面粗糙度参数。结果表明

2、，对于各向同性和各向异性表面，生成表面的自相关函数与给定的自相关函数吻合良好，并具有给定的峰度和偏态。关键词：机械设计与理论；非高斯粗糙表面；峰度；偏态；快速傅里叶变换中图分类号：TH117．2文献标志码：A文章编号：2095—2783(2014)08—0908—03Numericalsimulationofthreedimensionalnon-GaussianroughsurfacesbasedonITZhangShengguang，WangWenzhong(SchoolofMechanicalEngineering，BeijingInstituteofTech

3、nology，Beijing100080，China)Abstract：Numericalsimulationplaysanimportantroleinthestudyoflubricationandcontactbehaviorsoftwomatingsurfaces，becausemostengineeredroughsurfacesapproximatelyconformtonon-Gaussiandistribution．Basedonfiniteimpulseresponsefil—tersandfastFouriertransforrn(FFT)，ro

4、ughsurfaceswithgivenskewness，kurtosisandautocorre1ationfunction(ACF)aregenerated．Duringcomputergeneration，theheightdistributionofnowGaussianroughsurfaceistreatedasarandomsequence，andexpressedasafunctionofamplitudeandphaseangle，whichareiterativelycalculatedtoobtainthegivenvalues．Theresu

5、ltsshowthat，isotropicandanisotropicroughsurfacescanbeefficientlygeneratedbyusingtheproposedmodel，whichhavethesameskewness，kurtosisandACFasthevaluesofthegivensurfaces．Keywords：mechanicaldesignandtheory；non-Gaussianroughsurface；kurtosis；skewness；fastFouriertransform不同加工工艺产生的表面形貌具有不同的特分布的

6、粗糙表面。这种方法需在给定概率密度函数征，会不同程度地影响零部件摩擦学性能。研究者或自相关函数的前提下采用矩阵的线性变换，计算对粗糙表面接触进行了广泛的研究并取得了较大比较费时，且生成的表面参数值和理论值存在一定进展，然而多数研究采用高斯分布粗糙表面的假的误差。Gu和HuangE。用二维自回归时间序列模设。随着研究的深入，发现越来越多的工程表面呈型并假设指数形式的自相关函数来模拟非高斯粗糙现的是非高斯分布特点l1伽。例如，车削和刨削会表面，其他的统计学参数则通过测量真实表面得到。产生正偏态表面，而磨削、绗磨、铣削则会产生具有Hu等7]首次提出了有限脉冲响应(FIR)

7、滤波器方法较大峰度的负偏态表面。真实粗糙表面可以视为生成非高斯粗糙表面并采用快速傅里叶变换(FFT)一个随机过程，从而能够采用数学方法近似表示。加速计算，但是生成的粗糙表面仍与给定参数存在因此高斯粗糙表面可用高度标准差(或Rq或一定误差。WuE9Ⅲ改进了Hu等的方法，能够生成与rrns)和自相关长度l9(对于各向异性表面是、)给定参数吻合度较好的高斯和非高斯粗糙表面。陈来描述其特征；对于非高斯粗糙表面，还需要峰度辉等[1。]提出一种基于时间序列模型、数字滤波技术K和偏态S两个额外的参数来描述其特性。高斯和Johnson转换系统的粗糙表面模拟方法，模拟高分布的粗糙