两圆柱体结合面法向刚度分形预估模型及其仿真分析.pdf

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1、2013年10月农业机械学报第44卷第1O期doi：10．6041／j．issn．1000—1298．2013．10．045两圆柱体结合面法向刚度分形预估模型及其仿真分析李小彭赵光辉梁亚敏孟晓辰闻邦椿(东北大学机械工程与自动化学院，沈阳110819)摘要：对M—B分形模型进行了修正，分析了微凸体弹性、弹塑性、塑性各阶段的变形性质。从宏观和微观相结合的角度，建立了考虑摩擦因素的两圆柱体结合面法向刚度分形预估模型，该模型具有几何特性和尺度独立性，在一定程度上完善了结合面动力学参数的分形模型。通过仿真分析揭示了实际接触面积、法向载

2、荷和摩擦因数对圆柱体结合面法向刚度的影响。仿真结果表明：两圆柱体结合面法向刚度随着实际接触面积的增大而增大，且在较大分形维数时增大速率较快；随着法向载荷的增大而增大；随着摩擦因数的增大而持续减小，当摩擦因数小于0．3时，法向刚度随摩擦因数的增大呈线性衰减，当摩擦因数大于0．3时，法向刚度随摩擦因数的增大呈指数衰减规律。关键词：圆柱体结合面摩擦因素法向刚度分形模型中图分类号：THI13．1文献标识码：A文章编号：1000—1298(2013)10-0277-05FractalModelandSimulationofNormai

3、ContactStiffnessbetweenTwoCylinders’JointSurfacesLiXiaopengZhaoGuanghuiLiangYaminMengXiaochenWenBangchun(SchoolofMechanicalEngineeringandAutomation，NortheasternUniversity，Shenyang110819，China)Abstract：TheM—Bfractalmodelwasmodified．Thedeformationpropertiesofelastics

4、tage，elastic—plasticstageandplasticstageofelastomerwereanalyzed．Inthecombinationofmacroandmicroperspective，thefractalmodelofnormalcontactstiffnessbetweentwocylinders’jointsurfaceswasestablishedconsideringtheinfluenceoffriction．Andtheinfluenceofrelevantparametersont

5、henormalcontactstiffnesswasrevealedwiththeresearchofnumericalsimulation．Theworkhadgeometriccharacteristicsandscaleindependence，whichimprovedthefractalmodelofjointsurfacestoacertainextent．Simulationworksshowedthatnormalcontactstiffnessinereasedwiththeincreaseofactua

6、lcontactareaandcontactforce．anddecreasedwiththeincreaseofnormalload．Andwhenthefrictioncoefficientwaslessthan0．3，thenormalcontactstiffnessshowedlinearattenuationwiththeincreaseoffrictioncoefieient．Whenthefrictioncoefficientwaslargerthan0．3，thenormalcontactstiffnesss

7、howedexponentialattenuationwiththeincreaseoffrictioncoefficient．Keywords：Cylinders’jointsurfaceFrictionfactorNormalcontactstiffnessFractalmodelHertz理论，从结合面几何参数、材料参数和边界条引言件等宏观特性进行研究，但对其微观特性(微观长期以来国内外众多学者对结合面动态特性进形貌及表面粗糙度)考虑较少。微观方面则主要以行了大量研究工作。宏观方面主要是基于M—B分形模型㈤为基础，建立

8、一系列结合面接触收稿日期：2013—04—23修回日期：2013—05一O7国家自然科学基金资助项目(51275079)、中央高校基本业务费专项科研基金资助项目(N110403009)和新世纪优秀人才支持计划资助项目(NCET一10—030t)、作者简介：李小彭，副教授，博士，主要从事机械