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接触力学是分析一些摩擦学现象的基础学科,例如:摩擦、磨损、接触疲劳、黏着效应以及密封等。粗糙表面形态学是预测真实接触面积、接触压力和次表面应力应变区域的关键。因此有必要将二者结合对粗糙表面接触过程相关问题进行研究。基于此,本文深入、系统的分析了粗糙表面接触加载-卸载过程。
本文从宏观角度对齿轮接触算例进行有限元分析,得到了其最大接触应力,将所得结果与赫兹接触理论结果进行对比。结果表明运用有限元方法与应用理论方法求得的结果只相差2%,从而验证了本文运用有限元方法求解接触问题的正确性。
首先,建立了表面形貌为正弦曲线波纹的粗糙表面弹塑性接触模型。针对不同切线模量,研究了节点载荷和位移、刚性平面压下距离和节点接触应力之间的关系,切线模量对粗糙表面微凸体的表面接触应力分布、微凸体表面轮廓变形的影响,以及切线模量对微凸体表面和微凸体内部各个方向应力、残余应力分布的影响。之后,研究了切线模量对沿微凸体深度方向的x方向、y方向应力分布和残余应力分布的影响。
其次,针对不同摩擦系数,研究了摩擦系数对粗糙表面微凸体的表面接触应力分布的影响,摩擦系数对粗糙表面微凸体的表面和内部各个方向应力、残余应力分布的影响,探讨了摩擦系数对沿微凸体深度方向的x方向、y方向应力分布和残余应力分布的影响。
再次,针对不同粗糙表面形貌,研究了刚性平面压下距离和载荷之间的关系,不同粗糙表面形貌对微凸体的表面接触应力分布、粗糙表面等效米塞斯应力的影响,分析了粗糙表面形貌对微凸体表面和微凸体内部各个方向应力、残余应力分布的影响,最后探讨了粗糙表面形貌对沿微凸体深度方向的x方向、y方向应力分布和残余应力分布的影响。
最后,对全文进行了总结,并对今后的研究方向进行了说明。