[發明專利]一種關于結合面法向接觸參量的測量方法及測量系統

有效

• 申請號: 202010655704.8
• 申請日: 2020-07-09
• 公開（公告）號: CN111781134B
• 公開（公告）日: 2023-03-21
• 發明（設計）人: 張凱;李國喜;張萌;韓仁袖;蘭天
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科技大學
• 主分類號: G01N19/00
• 分類號: G01N19/00;G01M5/00
• 代理公司: 長沙國科天河知識產權代理有限公司 43225
• 代理人: 董惠文

1.一種關于結合面法向接觸參量的測量方法，其特征在于，包括：

步驟1，裝配前獲取兩零部件待接觸的結合面采樣數據點，并按照位置分布形成的表面點云進行預處理形成完備的點云數據；

步驟2，將其一零部件的點云數據翻轉至與另一零部件的點云數據的坐標平面平行，形成彼此分離且上、下兩表面對稱的點云數據；

步驟3，裝配后獲取兩零部件結合面之間的實際接觸載荷；

步驟4，將其中一個表面的點云數據向另一表面移動進行仿真迭代計算，在兩表面點云至少有一個點發生重合時，基于表面微凸體之間的彈性耦合和聚結作用計算此時結合面的接觸面積和接觸剛度；并根據所述結合面的接觸面積計算接觸載荷，當所述接觸載荷大于或等于所述實際接觸載荷時，結束迭代并輸出接觸剛度和接觸面積；

所述步驟4包括：

步驟41，重合點周圍的鄰近點未接觸時，該重合點為微接觸區域內的首次重合點，稱為微接觸區域的接觸點CP_i，計算接觸點CP_i的綜合曲率半徑R_i；

重合點周圍的鄰近點接觸時，根據重合點和已接觸的鄰近點的坐標位置，組成所在的微接觸區域，計算所述微接觸區域的實際微接觸面積a_i；

步驟42，統計結合面上已有的微接觸區域及接觸點，考慮微凸體之間的彈性耦合和聚結作用，根據上下零部件材料的綜合彈性模量E′、當前微接觸區域的接觸點CP_i的綜合曲率半徑R_i、當前微接觸區域的實際微接觸面積a_i，計算當前微接觸區域的接觸剛度和接觸載荷，累加所有微接觸區域的接觸剛度和接觸載荷分布得到結合面的總接觸剛度和總接觸載荷；

步驟43，在計算的總接觸載荷大于或等于實際接觸載荷時，結束迭代并輸出接觸剛度和接觸面積；

所述步驟41中計算接觸點CP_i的綜合曲率半徑R_i的步驟包括：

步驟411，根據接觸點CP_i和鄰近點的坐標位置，計算上、下表面點云在接觸點CP_i位置的平均曲率半徑R_1i和R_2i，兩者的計算公式為：

其中v_i為CP_i點的向量坐標，v_j為CP_i鄰近點的向量坐標，其中0＜j≤k，k為鄰近點總數，A_Vori為CP_i點與所有鄰近點中任意相鄰兩點兩兩連線組成三角形的外接圓心向以CP_i點為頂點的兩條三角形邊做垂線形成的四邊形面積和，θ_i,j為三角形Δv_iv_jv_j+1中邊v_jv_i的對角，λ_i,j為三角形Δv_iv_jv_j-1中邊v_jv_i對應的角，N_vi為相鄰兩鄰近點與CP_i點兩兩連線組成三角形的單位法向量；

根據計算公式計算CP_i的綜合曲率半徑R_i；

所述步驟41中計算當前微接觸區域的實際微接觸面積a_i的步驟包括：

步驟412，當前微接觸區域的實際微接觸面積a_i為：

S_d＝M_g×Δx

M_g＝(y_max-y_min+x_max-x_min+4)×2

其中N_g為當前微接觸區域已發生重疊的接觸點總數，Δx為數據點采樣間隔，S_d為微接觸區域所覆蓋的網格邊界周長，M_g為沿著微接觸區域所覆蓋的邊界沿水平和垂直方向邊界網格點的數量，x_max、x_min、y_max和y_min分別為當前微接觸區域內所有已發生重疊的數據點橫坐標x、縱坐標y的最大值和最小值；

所述步驟42中計算當前微接觸區域的接觸剛度和接觸載荷的步驟包括：

步驟421，計算結合面上每個接觸點CP_j與當前微接觸區域接觸點CP_i的距離d_ij，公式為：

其中，x_i、x_j、y_i和y_j分別為CP_i和CP_j的橫坐標、縱坐標；0＜j≤n_I，n_I為接觸點總數；

步驟422，根據n_I的大小、i與j的關系、CP_j與CP_i的關系及每個d_ij的大小、計算當前微接觸區域接觸點CP_i的實際變形深度δ_ni；

步驟423，根據公式得到當前微接觸區域接觸剛度k_n；根據公式得到當前微接觸區域接觸載荷p。