一种考虑粗糙结合面切向黏滑摩擦模型.pdf

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1、第50卷第13期机械工程学报Vo1．50NO．1320l4年7月JOURNALOFMECHANICALENGINEERINGJu1．2014DoI：10．3901／JME．2014．13．129一种考虑粗糙结合面切向黏滑摩擦模型水王东徐超(西北工业大学航天学院西安710072)摘要：提出一种描述粗糙结合面的跨尺度黏滑摩擦行为的参数化力学模型。将名义平面的接触问题视作服从随机分布规律的微凸体的接触问题。基于Mindlin弹性接触理论并采用KD(Kragelsky．Demkin)表面粗糙度描述形式，应用概

2、率统计方法导出粗糙表面切向相对位移与作用力、结合面能量耗散之间的关系。将该模型计算结果与光滑表面接触模型结果进行对比，研究模型参数变化对结合面黏滑摩擦行为的影响。结果表明，提出的考虑粗糙表面接触的结合面黏滑摩擦模型能够描述结合界面的跨尺度黏滑摩擦行为；粗糙度参数对切向刚度和振荡激励的能量耗散有很大的影响。关键词：粗糙表面；微观黏滑；摩擦接触；微凸体中图分类号：0344；0343ATangentialStick-slipFrictionModelforRoughInterfaceWANGDongXUCh

3、ao(SchoolofAstronautics，NorthwesternPolytechnicalUniversity,Xi’an710072)Abstract：Aparametricmechanicsmodelispresentedtocharacterizethemulti-scalestick·-slipfrictionalcontactbehaviorofroughsurface．Thecontactsurfaceisassumedtobecoveredwithrandomdistributi

4、onasperities．Atmicroscale，thesurfaceroughnessisdescribedbyKragelsky-Demkinroughcontactmechanics，andthecontactformulationofasingleasperitywithrigidplaneismodeledwiththeMindlinelasticcontactsolution．Statisticalanalysisisthenappliedtointegratetheasperityco

5、ntactformulationsovertheroughcontactsurfacetoobtaintherelationsofthemacro·scaletangentialdisplacementwithforceandinterfaceenergydissipationrespectively．Themodeliscomparedwiththeprevioussmoothcontactmodelandtheefectofroughnessp~ameteronthetangentialfrict

6、ionbehaviorsisinvestigated．Theresultsshowthattheproposedmodelcanbeusedtomodelthemulti—scalestick—slipfrictionalcontactbehaviorofroughsurface．Theroughnessparameterhasanimportanteffectonthetangentialcontactstifnessandinterfaceenergydissipation．Keywords：ro

7、ughsurface；micro-stick／slip：frictionalcontact；asperitiesGW模型。GW模型首次将粗糙表面上微凸体高度0前言分布看成随机函数，建立了粗糙接触力学理论研究的框架。PHAN．THIENt6l将GW模型和经典库仑摩结合面是结构非线性和无源阻尼的主要来源，擦定律相结合，导出了粗糙表面切向接触力学模型，对结构的动力学行为有重要影响，结合面的力学建描述了切向力和切向位移之间为简单双线性关系。模是连接结构动力学研究中至关重要的内容J。MINDLIN[7]最早理论

8、地分析了光滑弹性体接触时结合面在微观尺度下都是粗糙的，凹凸不平的在切向存在的微观滑移行为，并给出了切向载荷和表面形貌使得实际接触面积仅是名义接触面积的一切向相对位移间的非线性关系。后期试验证实了接部分【j。接触界面在外部载荷下的作用力与变形响触面上发生宏观滑动前存在着明显的微尺度滑移现J应规律以及能量耗散都和结合面的表面形貌密切相。近期，JONES【lu以GW模型为基础，给出关。GREENWOOD等p假设结合表面覆盖着高度按了一种考虑滑移前行为的结合面切