[發(fā)明專利]一種計(jì)算兩接觸物體間縫隙寬度的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811048594.8
• 申請(qǐng)日: 2018-09-10
• 公開（公告）號(hào): CN109163690B
• 公開（公告）日: 2020-06-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王志遷;劉幸娜;尚軍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 河南師范大學(xué)
• 主分類號(hào): G01B21/02
• 分類號(hào): G01B21/02;G06F17/18
• 代理公司: 新鄉(xiāng)市平原智匯知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 41139
• 代理人: 路寬

本發(fā)明公開了一種計(jì)算兩接觸物體間縫隙寬度的方法，分別獲取兩接觸物體的楊氏模量、硬度、泊松比以及屈服應(yīng)力，首先計(jì)算出兩物體的臨界位移、臨界法向載荷及臨界接觸面積，然后計(jì)算兩物體的接觸面的平均壓力，并計(jì)算兩物體接觸縫隙寬度為0時(shí)真實(shí)接觸面積和兩接觸物體的實(shí)際接觸面積，最后計(jì)算出兩物體接觸縫隙寬度和兩物體緊密接觸的預(yù)緊力，即接觸縫隙寬度為0時(shí)的法向載荷。本發(fā)明能夠計(jì)算兩接觸物體之間的縫隙寬度及兩物體緊密接觸所需要的預(yù)緊力，從而彌補(bǔ)了工程上無法確定兩物體接觸緊密程度的不足，具有計(jì)算簡(jiǎn)單，計(jì)算結(jié)果快速準(zhǔn)確的優(yōu)點(diǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及接觸力學(xué)和密封領(lǐng)域，具體涉及一種計(jì)算兩接觸物體間縫隙寬度的方法。

背景技術(shù)

通常，人們簡(jiǎn)單的使用兩接觸物體間的名義接觸面積(An)作為兩物體間真實(shí)接觸面積(A)，而實(shí)際上，物體表面并不是完全光滑的，物體表面上存在著許多微小的凸起。Greenwood和Williamson在1966年提出了物體表面凸起的高度服從高斯分布的假設(shè)，Greenwood和Williamson假設(shè)凸起的接觸是彈性的，當(dāng)凸起的接觸在接觸法向位移大于臨界位移時(shí)是彈塑性的，當(dāng)接觸是彈塑性的，可以用單凸體彈塑性接觸模型描述。但是不管用哪種模型，現(xiàn)有技術(shù)均無法計(jì)算出兩接觸物體之間縫隙的寬度，從而無法確定兩物體接觸的緊密程度。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種計(jì)算兩接觸物體間縫隙寬度的方法，能夠計(jì)算出兩接觸物體之間的縫隙寬度及兩物體緊密接觸所需要的預(yù)緊力，從而彌補(bǔ)了工程上無法確定兩物體接觸緊密程度的不足。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種計(jì)算兩接觸物體間縫隙寬度的方法，依次包括以下步驟：

(1)將兩接觸物體分別記為第一物體和第二物體，分別獲取第一物體和第二物體的楊氏模量E₁和E₂、硬度H₁和H₂、泊松比v₁和v₂；

(2)假設(shè)兩接觸物體表面存在許多微小的凸起，凸起的高度服從高斯分布，即

其中，f₁(z₁)和f₂(z₂)分別表示第一物體和第二物體表面凸起的高斯分布，z₁和z₂分別表示第一物體和第二物體的表面凸起的高度，μ₁和μ₂分別表示z₁和z₂的平均值，σ₁和σ₂分別表示z₁和z₂的標(biāo)準(zhǔn)差；

(3)設(shè)兩接觸物體的名義接觸面積為A_n，利用表面形貌分析儀分別獲取第一物體和第二物體的名義接觸面積大小的表面的三維形貌，依據(jù)表面三維形貌數(shù)據(jù)的極大點(diǎn)確定兩接觸物體表面凸起高度z₁和z₂，依據(jù)極值點(diǎn)附近局部形貌數(shù)據(jù)確定第一物體和第二物體表面凸起的尖端半徑R₁和R₂；

(4)計(jì)算兩接觸物體表面凸起高度的平均值和標(biāo)準(zhǔn)差，具體計(jì)算方法如式(2)和式(3)所示：