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粗糙界面法向接触理论模型与实验结果对比研究

韩姣皎 杜飞 徐超

韩姣皎, 杜飞, 徐超. 粗糙界面法向接触理论模型与实验结果对比研究[J]. 机械科学与技术, 2018, 37(12): 1875-1882. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20180091
引用本文: 韩姣皎, 杜飞, 徐超. 粗糙界面法向接触理论模型与实验结果对比研究[J]. 机械科学与技术, 2018, 37(12): 1875-1882. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20180091
Han Jiaojiao, Du Fei, Xu Chao. Comparative Study on Analytical Models and Experimental Results for Normal Contact of Rough Surfaces[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2018, 37(12): 1875-1882. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20180091
Citation: Han Jiaojiao, Du Fei, Xu Chao. Comparative Study on Analytical Models and Experimental Results for Normal Contact of Rough Surfaces[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2018, 37(12): 1875-1882. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20180091

粗糙界面法向接触理论模型与实验结果对比研究

doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20180091
基金项目: 

JiJinXiangMu JiJinXiangMu

详细信息
    作者简介:

    韩姣皎(1993-), 硕士研究生, 研究方向为接触力学, moer21313@163.com

    通讯作者:

    杜飞, 助理教授, 博士, dufei@nwpu.edu.cn

  • 中图分类号: O343.3

Comparative Study on Analytical Models and Experimental Results for Normal Contact of Rough Surfaces

  • 摘要: 目前粗糙界面接触问题的理论模型和实验研究基本是相互独立的,为此将典型粗糙面的法向接触理论模型与接触力学实验结果进行了系统的对比研究。理论模型考虑了经典的GW模型、CEB模型和ZMC模型及基于非线性有限元的KE模型和JG模型。实验方法考虑了准静态实验、接触共振实验和超声测量实验。结果表明:法向接触过程中,随载荷的增大,界面微凸体塑性变形贡献增大,考虑微凸体塑性变形的模型预测值与实验结果差别较小;相同法向载荷时,随着塑性指数增大,不同模型预测的位移差别增大;同时存在某一塑性指数区间,该区间内理论模型与实验误差最小;超声测量结果准确性依赖于所选择的接触刚度反演模型,改进的反演模型可缩小与理论模型的误差。
  • 图  1  光滑平面与粗糙面接触示意图

    图  2  循环加载实验装置示意图

    图  3  共振实验装置

    图  4  超声波反射实验装置

    图  5  不同法向载荷下实验塑性位移与模型整体位移对比

    图  6  不同模型整体位移和实验塑性位移相对误差

    图  7  球体与平面接触刚度比较

    图  8  粗糙面间接触刚度比较

    图  9  球体共振实验不同模型与实验刚度相对误差

    图  10  粗糙面共振实验不同模型与实验刚度相对误差

    图  11  接触刚度和接触压力关系[14]

    图  12  不同接触面模型结果与理论结果相对误差对比

    表  1  取样间隔为12 μm的半球粗糙表面加载前参数[16]

    编号 σ/μm σs/μm R/μm ϕ
    1 0.29 0.28 178 3.11
    2 0.37 0.33 177 3.39
    3 0.52 0.41 163.2 3.93
    4 0.96 0.68 152.8 5.23
    5 2.5 1.69 36.6 16.87
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    表  2  加载前后面粗糙度参数[14]

    状况 σs*/μm η*/mm-2 ks*/μm-1
    加载前 4.80 84.1×103 0.98
    加载后 3.31 138.5×103 0.86
    下载: 导出CSV
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  • 收稿日期:  2018-01-09
  • 刊出日期:  2018-12-05

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