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本文分析了一种结合部特性有限元分析方法的可靠性和适用性,该方法采用实测的粗糙表面轮廓数据建立有限元接触模型。首先采用统计方法研究了磨削、铣削和端面车削表面的高度分布规律,然后采用试验方法、有限元方法和理论解析法分析了磨削表面和铣削表面的接触特性,并将结果进行了比较。具体如下:
通过累积概率和统计频数两种方式将真实高度的分布与高斯分布进行对照,分析了磨削和铣削加工表面的形貌特征,结果表明真实粗糙表面的高度分布与高斯分布存在差异。根据有限元计算的结果,分析了真实接触点的高度分布规律,结果表明,真实接触点的高度分布规律与高斯分布有较大差异。
根据测量得到的磨削表面轮廓曲线建立了磨削表面的二维有限元弹塑性接触模型,并利用有限元软件进行模拟计算,查看模拟结果中接触点的分布情况,比较试验结果、理论计算结果和有限元结果,验证基于二维真实轮廓曲线建模分析粗糙表面接触的方法是可靠的。为了考察研究方法的应用范围,又针对铣削表面进行研究,建立了铣削表面的二维有限元弹塑性模型,进一步验证了这种分析方法同样适用于不同加工方法和不同粗糙度下的加工表面。
基于磨削表面的三维表面形貌的测量结果,获得了GW模型计算时需要的参数,计算了磨削试样的接触特性,并比较了GW模型的计算结果与试验结果。
通过对磨削试样进行法向动态试验,分析了动态载荷幅值和激振频率对接触刚度和滞回面积的影响。
研究结果表明,基于GW理论计算结果与试验结果的变化趋势是相同的,但量级相差比较大,而有限元模拟结果无论从趋势上还是从量级上都与试验结果有较好的一致性。在无润滑且预载荷一定时,随着动态幅值的增加接触刚度和滞回面积增大,激振频率对接触刚度的影响不明显;随着频率的升高滞回面积也会增大。