[發明專利]一種基于三維微觀表面形貌的接觸特性分析方法

在審

• 申請號: 201711358704.6
• 申請日: 2017-12-17
• 公開（公告）號: CN108168492A
• 公開（公告）日: 2018-06-15
• 發明（設計）人: 蔡力鋼;魏雅紅;劉志峰;李迎;劉強;呂華鋒
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: G01B21/20
• 分類號: G01B21/20;G06F17/30
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 沈波

1.一種基于三維微觀表面形貌的接觸特性分析方法，其特征在于：

1)運用三維形貌測量儀獲取被連接件結合部表面形貌數據，表面形貌數據為二維矩陣，記為Z(x，y)，其中(x，y)為測量點的橫、縱坐標值，Z(x，y)為對應點的高度；所獲取的表面形貌數據格式為有限元軟件可提取的txt格式；

2)運用小波濾波對采集到的表面形貌數據進行多尺度分解重構，將除去環境噪聲后的表面形貌數據Z(x，y)進行一次小波變換分離出等效平面度Z_f(x，y)；對剔除等效平面度后的表面形貌數據進行第二次小波變換，分離出表面波紋度Z_w(x，y)；對剔除表面波紋度后的表面形貌進行第三次小波變換，分離出粗糙度Z_r(x，y)；對應的分解層數的確定根據公式

其中，λ_i為各尺度的臨界波長，N_i，i∈{f，w，r}分別代表等效平面度尺度、波紋度尺度、粗糙度尺度對應的小波分解的次數，[]為取整運算符，

3)三維實體模型的創建采用自下而上的建模方法，即首先建立關鍵點，由這些關鍵點建立線，進而建立面和體；具體包含以下步驟：

首先根據分析需求選取分解重構后的相應頻帶的形貌數據，將采樣點的坐標值導入ANSYS中創建關鍵點，運用APDL語言將每四個相鄰的關鍵點連接成面，將生成的面群全選，輸入實體高度進行拉伸操作，將拉伸后表面選中進行z坐標值修改，使之成為一個平面，接觸件l體模型生成；

接觸件2的構建，確定粗糙表面最高點的z坐標值z_m，以(0，0，z_m)為坐標原點建立局部坐標系，將建立的局部坐標系激活，將接觸件2的表面形貌數據導入，參照接觸件l體模型的生成方法，生成接觸件2體模型；

4)對所構建的幾何模型進行網格劃分，具體包括：首先設置單元屬性，對單元類型、實參數、材料參數進行定義；采用映射網格劃分方法對兩接觸件進行六面體網格劃分，通過控制線單元尺寸來控制單元數量，根據分析需求進行局部網格細化；

5)對劃分好網格的體模型進行接觸分析，具體包括：

定義接觸面，目標面：方法中為兩粗糙表面的接觸，為柔體-柔體接觸問題，且兩接觸表面網格密度相同，所以根據接觸材料硬度的不同來定義目標面與接觸面，將硬度較小的定義為接觸面，硬度較大的定義為目標面；

施加載荷和約束：對下連接體下表面施加固定約束，對上連接體上表面施加位移載荷；對劃分好網格的體模型進行靜態分析，求解后，從后處理器中獲取其接觸面積、接觸壓力。

2.根據權利要求1所述的一種基于三維微觀表面形貌的接觸特性分析方法，其特征在于：

對表面形貌進行小波變換的過程中所選用的小波基函數中，符合要求的正交小波基有Daubechies小波系、Symlets A小波系和Coiflet小波系；

通過小波分析處理信號的結果與理論結果的誤差大小來判斷小波基函數的好壞，以此確定最優小波基函數；根據重構信號與原始信號誤差大小確定最優小波基函數。