專利名稱：一種確定固定結合面法向接觸剛度的方法
技術領域：
本發明涉及一種確定固定結合面法向接觸剛度的方法，具體是一種基于結合面兩個接觸表面的微觀形貌，采用測試接觸電阻的方法來反推接觸剛度的方法。
背景技術：
結合面的特性與機械結構的靜特性、動特性及振動與振動控制都存在著密切的關系，從20世紀60年代開始，各國學者就已經對結合面的問題從宏觀到微觀、從現象到本質展開了大量的研究。由于影響結合面特性參數的因素眾多，其作用機理復雜，且具有強烈的非線性特性，結合面作用機理的本質至今仍未被完全了解和揭示。由于結合面的兩個接觸表面在微觀尺度下是粗糙不平的，結合面的接觸實際上是兩個粗糙表面上離散微凸體的接觸，因此從微觀角度對結合面的接觸情況展開研究將有助于進一步揭示結合面作用機理的本質。由于結合面的微觀接觸，產生了一系列相關的特性參數，如接觸電阻、接觸熱阻、 接觸剛度等。由于結合面特性參數都與微凸體的接觸有關，因此它們之間存在著密切的關系，如果能夠得到這種參數之間的關系，那么完全可以在已知某種參數的情況下推出結合面的其他特性參數。結合面的接觸剛度作為重要的結合面特性參數之一，對復雜機械系統的整機變形、振動都有顯著影響，因此對結合面接觸剛度展開研究將有利于完善結合特性參數模型。 目前無論是理論還是實驗對結合面接觸剛度都有大量的研究，但這些研究仍存在以下問題首先，在理論研究方面，將結合面兩個粗糙表面的接觸簡化為剛性平面和等效粗糙面的接觸，同時，在計算結合面特性參數時，均假設表面峰高或者接觸點數服從某種函數分布， 通過對此函數的積分來計算接觸參數，沒有考慮微觀表面實際三維粗糙峰的空間分布；其次，在實驗測量方面，結合面接觸剛度與結合面的接觸載荷及接觸變形有關，而結合面的接觸變形由于是微米級，不容易實現測量，因此對變形測量傳感器的要求高，導致結合面接觸剛度測量實驗臺的成本高且測量步驟復雜。
發明內容
本發明的目的是針對固定結合面接觸電阻比法向接觸剛度容易測量的現狀，結合理論計算與實驗測試，提出一種間接獲得結合面法向接觸剛度的新方法。本發明通過以下技術方案實現，主要步驟包括(一 )測量并后處理接觸表面微觀形貌利用三維形貌測量儀器分別獲得結合面處兩個接觸表面的微觀形貌數據，用旋轉拋物體擬合接觸表面的微凸體，并提取各個擬合微凸體的形狀參數及其頂點在接觸表面上的空間位置坐標即X、I、Z坐標。( 二 )建立結合面接觸電阻Rc與法向接觸剛度Ktot之間的關系(I)建立結合面接觸電阻Rc的表達式
對單對微凸體側接觸進行接觸受力分析，如圖I所示，根據接觸力學可得到接觸區域的接觸面積A與接觸表面之間的距離d之間的關系A = A (d)，則接觸面積A在接觸表面上的投影An的表達式為-An = Acos Θ，其中，Θ為接觸角。單對微凸體接觸時若接觸區域為圓，則接觸電阻R的表達式為
權利要求
1.一種確定固定結合面法向接觸剛度的方法，其特征在于，包括以下步驟(一)測量并后處理接觸表面微觀形貌利用三維形貌測量儀器分別獲得結合面處兩個接觸表面的微觀形貌數據，用旋轉拋物體擬合接觸表面的微凸體，并提取各個擬合微凸體的形狀參數及其頂點在接觸表面上的空間位置坐標即x、y、z坐標；(二 )建立結合面接觸電阻Rc與法向接觸剛度Kttrt之間的關系(1)建立結合面接觸電阻Rc的表達式對單對微凸體側接觸進行接觸受力分析，根據接觸力學得到接觸區域的接觸面積A與接觸表面之間的距離d之間的關系A = A(d)，則接觸面積A在接觸表面上的投影An的表達式為:
2.根據權利要求I所述的方法，其特征在于A = A (d)，具體表達式為 r πβ{τ)δ,
3.根據權利要求I或2所述的方法，其特征在于
4.根據權利要求I或2所述的方法，其特征在于
全文摘要
本發明的目的是針對固定結合面接觸電阻比法向接觸剛度容易測量的現狀，結合理論計算與實驗測試，提出一種間接獲得結合面法向接觸剛度的新方法。本發明根據測量并后處理接觸表面微觀形貌，建立結合面接觸電阻RC與法向接觸剛度Ktot之間的關系。首先建立結合面接觸電阻RC的表達式；然后建立結合面接觸電阻Ktot的表達式；最后建立接觸電阻RC與法向接觸剛度Ktot的關系。本發明結克服了法向接觸剛度不易測量且測量成本高的缺點；該方法考慮了兩個粗糙表面的彈塑性接觸，考慮了更全面、準確的實際表面形貌信息。
文檔編號G01N27/04GK102608167SQ20121003883
公開日2012年7月25日 申請日期2012年2月20日 優先權日2012年2月20日
發明者劉春青, 莊艷, 李寶童, 杜飛, 洪軍 申請人:西安交通大學