圆锥形微凸体弹性接触力学模型的研究

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接触问题属于边界问题,大量地存在于机械、土木等行业中。由于利用有限元进行接触分析计算可以较好地符合实际情况,所以,越来越多的人开始关注这种方法。ANSYS软件中的接触分析正是基于有限元法,属于非线性分析。  本文利用ANSYS参数化建模,建立圆锥体与刚性平面接触的二维有限元模型,对其接触问题进行仿真分析,研究其承载过程中的变形和压力分布,利用MATLAB编程推导出圆锥体与刚性平面接触的接触半径及其压力分布公式,对解决工程实际问题有指导意义。  接触表面的力学行为直接决定了机械系统的动静态性能,在重载等恶劣工况下更为突出。本文根据有限元分析软件ANSYS对单个的圆锥形微凸体与刚性光滑平面的接触进行分析。根据仿真所得数据拟合微凸体的法向变形量与接触半径的关系式及法向载荷在接触区域分布的表达式,在此基础上,得到微凸体的法向载荷及法向接触刚度等特征参数。然后将单个微凸体与平面接触的力学模型运用于表面轮廓高度服从高斯分布的粗糙表面,推导出表面粗糙度对接触表面载荷、法向接触刚度等特征参数的影响规律。分析结果表明:微凸体的法向弹性总载荷pe(δ)随微凸体δ的法向变形量的增大而增大,pe(δ)随锥角α的增大先增大后减小。结合部的法向总载荷随表面粗糙度的减小而增大,即具有较小表面粗糙度的结合部的承载能力更强。结合部的法向接触刚度随变形的增大先增大后保持稳定,并且显著受表面粗糙度的影响。
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