分形粗糙表面接触模型建立与分析

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机械系统的表面接触特性会对零件的机械性能产生直接影响。通常在研究两物体的接触特性时,往往将它们的接触面看作光滑。但由于工程表面总是具有一定的粗糙度,故将零件接触面作为光滑表面考虑,来研究零件表面的接触特性存在一定的误差。研究表明,零件粗糙表面的接触特性对摩擦、磨损、润滑、密封和热传导等有着重要的影响。  为了深入研究与分析粗糙表面的接触特性,本文提出一种利用ABAQUS/CAE图形用户界面完成分形粗糙表面接触模型快速建立的方法,并使用有限元方法研究分形维数、材料参数与加载次数等参数对粗糙表面接触性能的影响,主要工作和结论如下:  基于W-M函数,完成了二维分形粗糙表面的数值模拟。  创建了两个实用的ABAQUS/CAE图形用户界面,实现了分形粗糙表面接触模型的快速建立以及对指定节点集信息的高效提取。  利用ABAQUS的UMAT接口,将AF循环塑性材料模型嵌入软件中,完成了分形粗糙表面接触模型在反复加载卸载下的接触特性分析。分析表明,在此材料模型下,一次加载卸载之后材料便获得了最大的残余变形,在后续的加载卸载过程中不在产生新的塑性变形。  基于分形粗糙表面接触模型,研究了外载荷、分形维数以及材料参数对接触特性的影响。结果表明,无论在何种分形维数,材料参数下,即使粗糙表面发生了明显的塑性变形,在加载过程中,实际接触区域与外载荷均呈线性关系。在加载的初始阶段,分形维数越大,模型的接触刚度越小,随着载荷的增加,分形维数越大,模型的接触刚度越大。加载卸载完成后粗糙表面的残余变形主要集中在粗糙峰的凸起部分,对于谷底的形貌几乎没有影响。
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