结合部蠕变特性的实验研究和有限元建模

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本文以机械结合部为研究对象,通过实验和有限元模型相结合的方法,研究了结合部蠕变特性产生的原因和对结合部产生的影响,以及对结合部法向接触性质的影响因素和影响规律。主要包括以下几个方面:  一、通过试验研究了由45钢的磨削表面组成的结合部在动态正弦激振力作用下的接触性质,得到:结合部无油时,结合部法向接触刚度随法向预紧力单调递增且近似线性关系,并随着激振频率的增加规律性变化;法向接触阻尼和法向预紧力呈现单调递减的规律,随着激振频率的增加而增加。当结合部有油时,结合部的法向接触刚度和法向预紧力成正比例关系,随着激振频率地增加而缓慢增加,并在合适的位置处有“谷值”出现;法向接触阻尼和法向预紧力呈现先略微增加又递减的规律,随着激振频率的增加而增加。  二、对结合部施加矩形激振力,得到结合部的变形曲线。研究了矩形激振力幅值和法向预紧力对位移响应曲线幅值的影响,得出:矩形激振力的幅值越大结合部的位移响应中稳定段的幅值也就越大,法向预紧力越大结合部的位移响应中稳定段的幅值反而越小。发现了加载瞬间结合部先出现弹性变形再出现黏性变形,弹性变形在整个变形中占的比重大约为80%,并验证了结合部的黏弹性是线性的。  三、分析了描述蠕变特性的三大模型(Maxwell模型、Kelvin模型和Burgers模型)的优缺点,选择了最适合描述结合部蠕变特性的模型——Burgers模型。利用蠕变柔量的Prony级数形式建立了结合部蠕变特性的有限元理论模型,通过Origin拟合实验数据确定所需参数,得到描述结合部蠕变特性的理论方程。  四、分别建立了光滑二维接触面和实际轮廓二维接触面的有限元材料模型,对其进行分析,得到接触处的应变-时间曲线,验证了结合部发生蠕变现象的原因是基体材料的黏弹性,应变-时间曲线与所选的蠕变理论模型和试验中的位移响应的形状一致。
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