[發明專利]一種含表面形貌信息的摩擦片接觸壓力仿真方法

有效

• 申請號: 201810081315.1
• 申請日: 2018-01-29
• 公開（公告）號: CN108287967B
• 公開（公告）日: 2021-06-01
• 發明（設計）人: 王延忠;賈樹王;郭超
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F119/14
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 楊學明;盧紀

1.一種含表面形貌信息的摩擦片接觸壓力仿真方法，其特征在于，實現步驟如下：

步驟一、測量摩擦片表面形貌特征，用白光干涉儀對摩擦片表面進行隨機選點掃描，獲得摩擦片表面輪廓信息，包括二維表面圖像以及三維表面點陣數據；

步驟二、根據步驟一獲得的表面輪廓信息，對二維摩擦片表面信息進行圖像處理，以顏色深淺不同劃分不同的表面區域，使得表面割裂為幾種不同的區域，簡化仿真難度，并根據三維表面信息獲得不同區域之間的平均高度差；

步驟三、依據步驟二的區塊劃分情況，通過步驟一中獲得的三維點陣數據，并運用分形理論中的方法提取不同區塊中截面的表面分形特征，獲得參數為：分形維數D和尺度系數G；

步驟四、分析摩擦片，查詢獲得摩擦片結構參數和材料特性參數，結構參數：摩擦片長，寬，摩擦層厚度；材料參數：彈性模量，材料屈服極限，材料硬度；根據彈塑性接觸與分形理論，計算出摩擦片材料的侵入深度與承載能力的關系；

步驟五、在步驟四的基礎上，結合步驟三的區域形貌特征與步驟二的高度特征，根據材料的侵入深度與承載能力的關系，把摩擦片表面的微觀結構信息轉化為表面的變剛度信息，將可能發生接觸區域的切向與周向侵入深度與承載力關系求均值，計算出剛度系數后，再對剛度系數求均值；

步驟六、應用步驟四中的結構參數在ABAQUS軟件中建立摩擦片的抽象接觸模型，抽象接觸模型不包含表面形貌的模型，把包含微觀形貌信息的變剛度信息通過變彈性模量的方式加載到摩擦片抽象接觸模型中，并進行含表面形貌信息的摩擦片接觸壓力仿真。

2.根據權利要求1所述的一種含表面形貌信息的摩擦片接觸壓力仿真方法，其特征在于，步驟二中所述的對二維摩擦片表面信息進行圖像處理，其處理并不是隨意的根據圖像顏色區域劃分，而是依據摩擦接觸的接觸與摩擦片孔隙度性質：真實接觸面積Ar為名義接觸面積Aa的25％～30％之間、摩擦片孔隙度為20％，根據表面占分比25：57：18把摩擦片表面劃分為三種差異的形貌；然后依據圖像顏色識別的方式把摩擦片表面劃分并歸類為上述三種形貌。

3.根據權利要求1所述的一種含表面形貌信息的摩擦片接觸壓力仿真方法，其特征在于，步驟三中依據步驟二的區塊劃分情況，通過步驟一中獲得的三維點陣數據，運用分形理論對不同區塊中截面的表面分形特征進行提取；其截面選擇是依據摩擦片的結構與相對摩擦選取的：選取摩擦片表面相對摩擦速度方向的切向截面、選取摩擦片表面相對摩擦速度方向的法向截面，其對截面的處理是擬合WM函數：

式中：Z(x)-粗糙表面輪廓高度；

x-粗糙表面測量坐標；

G-粗糙表面特征長度尺度系數；

D-粗糙表面分形維數，1D2；

γⁿ-空間頻率的模，相應與粗糙表面波長的倒數，γⁿ決定著粗糙表面的頻譜，γ＝1.5可適用于高頻譜密度及相位的隨機性。

4.根據權利要求1所述的一種含表面形貌信息的摩擦片接觸壓力仿真方法，其特征在于，步驟四中根據彈塑性接觸與分形理論，計算出摩擦片材料的侵入深度與承載能力的關系，計算過程中需要用到侵入深度與接觸面積關系公式(2)、接觸面積與承載關系公式(3)，通過數值方法計算，

式中，P為承載力，D為分形維度，G為尺度系數，Aa為表觀接觸面積，Ar為真實接觸面積，a_c為塑性極限接觸斑點面積，為塑性指數，φ＝σ_y/E，σ_y是材料屈服極限，K為硬度系數，K＝H/σ_y，H是材料硬度，σ為形貌高度標準差，δ是侵入深度。