粗糙表面确定性接触模型中峰的再定义

为了解决目前不同微凸峰确定准则所等效的接触模型中可能存在峰的不连续、重叠、丢失而造成接触过程中缺失基准,从而导致粗糙表面在相互作用过程中不能进行有效计算等问题,在3点峰和3点谷的基础上,定义当3个连续峰的中间峰高于相邻峰时为真峰、当3个连续谷的中间谷低于相邻谷时为真谷,并对其进行匹配得到"谷-峰-谷"模式的微凸峰。通过一组粗糙表面,分析了不同的采样间隔和粗糙度对峰数量、平均峰半径和峰高度的影响,并与文献中不同的准则进行了对比。结果表明:不同微凸峰确定准则所等效的模型具有很大的不确定性;随着采样间隔的增加,峰数量明显减少,平均峰半径和峰高度增大,当采样间隔小于0.5μm时,不同的确定准则影响减小;随着粗糙度的降低,峰数量略微增多,平均峰半径增大,平均峰高度减小。该模式的微凸峰为接触特性的演化提供了一个基准。     

随机抽样在粗糙表面接触力学行为分析中的应用

为研究表面粗糙度对接触表面力学行为的影响规律,结合表面粗糙度的加工参数和随机抽样方法,对服从正态分布和预设粗糙度的表面轮廓曲线进行了模拟.根据统计得到的模拟轮廓曲线几何形态的共性特征,建立了基于圆锥与平面接触的三维粗糙表面接触力学模型,推导出平面几何压力与粗糙表面微凸体变形间的定量关系.分析结果表明:服从正态分布的轮廓高度曲线中的峰角顶点数目约为样本容量的1/3;圆锥压入平面时平均压力/材料纯剪应力的比值与其半角呈二次方关系;表面粗糙度越大,轮廓曲线的起伏越大,两接触面相互嵌合越容易;表面粗糙度越大,材料屈服强度对接触微凸体变形的影响也越明显.     

考虑临界变形量变化的结合面法向接触刚度计算模型

考虑微凸体接触过程中临界变形量变化,建立结合面法向接触刚度计算模型.采用分形几何表征结合面的形貌特征,由表面形貌测量数据得到分形函数的分形参数D和G.采用弹塑性变形接触理论分析微凸体的接触变形特征,得到微凸体的临界变形量估计模型,其是分形参数和微凸体接触变形量的函数,进而得到考虑临界变形量变化的单个微凸体的接触刚度计算模型.由分形理论得到粗糙表面微凸体分布函数,微凸体分布函数与单个微凸体接触刚度计算模型结合得到结合面的法向接触刚度计算模型.通过对比计算结果与实验数据,验证了所提模型的合理性.     

考虑压剪组合作用力的双粗糙表面接触模型

粗糙表面的接触分析应用广泛,但其接触机理至今仍不够明确.有鉴于此,文中提出了一种考虑压剪组合作用力的双粗糙面接触模型.该模型用韦伯分布函数来描述双粗糙面的复合粗糙度,用球谐转向扩张函数来描述微凸体接触对接触方向的概率分布.分析表明:粗糙度对接触面的竖向和剪切刚度有明显的影响;接触对的方向分布对剪切刚度的影响显著,是模型中应包含的一个重要参数.数值分析与试验结果有很好的吻合度,说明所提出的模型是有效的.     

基于分形理论和随机抽样的机加工表面粗糙度轮廓曲线几何形貌共性表征

不同表面粗糙度下的轮廓曲线几何形貌共性特征,是建立机加工金属密封面微观泄漏模型,计算气体泄漏率定量评估密封性能的基础前提.首先,通过Monte Carlo随机正态分布抽样公式结合密封表面粗糙度加工参数,模拟得到服从正态分布和预设表面粗糙度值的粗糙表面轮廓曲线.然后,依据不同样本容量和表面粗糙度下平均峰角、平均峰高和三角峰数目/样本容量等轮廓曲线形貌特征统计数据,分析得到模拟曲线几何共性特征.最后,采用分形理论中剖面位形法,通过数据拟合得到粗糙表面轮廓曲线几何形貌特征值(平均峰角和平均峰高)与分形参数(分形维数和分形标度)间的函数关系.结果表明:机加工表面粗糙度与分形维数一一对应,使得用分形参数定量描述粗糙表面轮廓曲线成为可能.     

表面粗糙度对低速水润滑滑动轴承混合润滑性能的影响

针对船用滑动轴承在低速水润滑工况下液膜承载能力不足导致的局部固体接触碰磨问题,研究了表面粗糙度对水润滑滑动轴承混合润滑性能的影响。假设轴颈和轴承表面粗糙峰服从高斯分布,以粗糙峰高度综合标准差表征表面粗糙度,联立平均雷诺流体润滑方程和GreenwoodTripp(GT)固体表面接触方程,对比分析了全膜润滑和混合润滑下的液膜厚度和压力分布,针对几种典型转速研究了表面粗糙度对轴承的液膜承载力及其最大压力、粗糙峰接触承载力及其最大压力、偏心率和最小名义膜厚的影响。数值计算结果表明:在低速水润滑工况下,混合润滑模型的最大液膜压力比全膜润滑模型降低一个数量级以上,粗糙峰接触压力的产生使得最小名义膜厚增加;随着表面粗糙度的增加,液膜承载力、偏心率、最大液膜压力和最大粗糙峰接触压力呈减小趋势,粗糙峰接触承载力和最小名义膜厚呈增加趋势;在混合润滑下转速对最小名义膜厚和偏心率的变化曲线没有影响。该研究可对低速水润滑滑动轴承优化及可靠性设计提供一定的参考。     

考虑微凸体相互作用的确定性接触模型

为了分析粗糙表面上微凸体相互作用对接触特性造成的影响,在确定性接触模型的基础上,通过增加几何重叠和固体表面能等约束条件,并且根据材料守恒原理对相互作用的微凸体进行合并。通过不同的法向变形量、采样间隔和粗糙度,分析微凸体相互作用对接触面积、峰数量、平均峰半径和峰高度的影响,并且与未考虑微凸体相互作用的结果进行对比。结果表明:不论是否考虑微凸体相互作用,接触面积与法向载荷的关系均为线性,这与已有结论是吻合的;对于小的法向变形量和大的采样间隔,微凸体相互作用可以忽略,但随着法向变形量增加、采样间隔减小以及不同的粗糙度,对接触特性的影响愈加明显,与未考虑微凸体相互作用的结果相比,微凸峰数量减少,而接触面积、平均峰半径和峰高度增加。引入几何重叠和固体表面能为考虑微凸体相互作用提供了一个行之有效的研究方法。     

弹塑性接触粗糙表面切向载荷-位移模型

针对在法向载荷和切向载荷联合作用下粗糙表面的接触问题,建立了一种同时考虑微凸体弹性接触和塑性接触的接触界面切向载荷-位移新模型。对弹性接触的微凸体,采用Hertz弹性理论描述法向接触载荷-变形关系,采用Mindlin微观滑移理论解描述切向载荷-位移关系;对塑性接触的微凸体,采用Abbott和Firestone塑性接触理论描述法向接触载荷-变形关系,在切向采用Fujimoto模型的切向载荷-位移关系。利用概率统计分析方法,建立了整个粗糙表面切向载荷-位移关系。将模型与仅考虑微凸体弹性接触情况的模型进行了对比,研究了不同模型参数对切向载荷-位移关系的影响。结果表明:考虑微凸体弹塑性接触的模型能够更好地描述粗糙表面切向载荷-位移关系;微凸体高度分布密度函数的方差增大,相同平均接触距离下,切向载荷-位移关系受塑性接触微凸体的影响增大;方差相同时,平均接触距离增大,切向载荷-位移关系的斜率增大。     

发动机连杆小头轴承的润滑研究

文章将平均流量模型与微凸体接触理论相结合,建立了分析发动机连杆小头轴承润滑特性的数学模型和计算方法.主要研究了表面粗糙度对轴承流体润滑以及轴心轨迹的影响.结果表明,表面粗糙度越大,微凸体的承载量越大,峰元摩擦力也越大,膜厚比减小;同时表面粗糙度对轴心的位置有一定的影响,但对轴心轨迹的形状影响不大.     

表面粗糙度对双曲冷却塔风压分布的影响

对不同粗糙条参数组合下冷却塔风压分布进行测试,分析粗糙度对平均风压和脉动风压的影响.研究结果表明:粗糙条宽度b对风压分布影响较小,而粗糙条高度k和数量n影响较大;粗糙度系数k/s能较准确描述粗糙度大小,当k/s一致时,不同粗糙条数量n与高度k组合下的平均风压基本一致,但高度大的脉动风压小;粗糙度对正压分布和背压大小影响较小,而最小负压系数幅值、脉动风压系数峰值随粗糙度的增大而减小,背压稳定区宽度则略有扩大;尽管通过增大模型表面粗糙度能有效地在较低雷诺数条件下实现高雷诺数下的平均风压分布,但脉动风压模拟的准确性需要通过大型冷却塔风压实测进行验证.     

7075-T6铝合金单向超声振动车削表面质量及形貌特征

对7075-T6铝合金试件采用普通切削(CT)和振动切削(UVC)加工方法进行了加工实验,分析了2种切削加工方法在不同参数下对铝合金试件加工表面粗糙度的影响.试验研究结果表明:在相同的进给量和切削深度情况下,随着车削速度的变化,普通切削获得的加工表面粗糙度先减小后增大再减小,但随着转速的增大进入高速切削后,工件表面粗糙度值逐渐趋于稳定;随着进给量的增加超声振动硬车削与普通硬切削加工表面粗糙度都呈上升趋势,超声振动切削表面粗糙度较小;在切削速度、进给量相同的条件下,普通硬质切削7075铝合金加工表面粗糙度随着切削深度的增加而增加,而超声振动切削7075铝合金加工表面粗糙度随着切削深度的增加先减小后增加.通过对获得实验数据的分析以及对车削加工获得的加工表面显微形貌的观测,证实了超声振动加工在难加工材料加工中的优势.     

TC4钛合金磁流变抛光的磁感应强度分布及参数

使用磁流变抛光技术对钛合金进行抛光,为了获得更好的表面质量,分别对磁感应强度分布、磁流变液和抛光参数进行了研究。首先,优化了加工区域的磁感应强度分布,通过在加工区域添加两块铁板,磁感应强度分布变得均匀,从而提高抛光后钛合金工件的表面质量。其次,分析了磁流变液的组成,即基液、磨粒类型以及磁性粒子和磨粒的质量占比对工件表面粗糙度的影响。随后,研究了四个基本抛光参数,即磨粒目数、工件转速、磁感应强度和抛光时间,找出这些参数对表面质量的影响规律。采用响应面法获得了工件表面粗糙度变化率的模型,并进行了方差分析以检查模型的显著性。最后,找出最优的抛光参数并对其进行了实验验证。     

基于原子力显微镜的纳米级表面粗糙度测量

简要介绍了评定表面粗糙度参数的基准线及其主要的两个轮廓高度评定参数,详细阐述了重庆大学研制成功的一种高精度原子力显微镜--AFM.IPC-208B型机的工作原理及其系统结构,着重论述了它在纳米级表面粗糙度检测上的应用.以不锈钢为实验样品,观测了不锈钢表面的微观结构,通过专用的计算程序,对所采集到的表面数据进行了分析和处理,得到了该表面的两个轮廓高度评定参数Rz和Ra值,最后对实验结果进行了简要的分析.     

路面不平度的分形特征

利用激光式不平度测试仪测定了混凝土路面、砖路面、土路面的不平度,采用均方根法计算了3种路面的分形维数,分别为1.845,1.689和1.561.结果表明:分形维数越大,则轮廓曲线越复杂,充满空间的能力也越强,细节越丰富;而分形维数越小,则细节越少.提出了路面不平度指数的概念,路面不平度指数具有描述路面不平度的唯一性,是路面分级的主要指标之一.3种路面的路面不平度指数相差很大,分别是:混凝土路面为1.237,砖路面为3.435,而土路面达14.610.     

Influence of the roughness and shape of quartz particles on their flotation kinetics

Surface roughness and shape play an important role on the behavior of particles in various processes such as flotation. In this research, the influence of different grinding methods on the surface roughness and shape characteristics of quartz particles as well as the effect of these parameters on the flotation of the particles was investigated. The surface roughness of the particles was determined by measuring their specific surface area via the gas adsorption method. The shape characteristics of the particles were measured and calculated by images obtained by scanning electron microscopy via an image analysis system. The flotation kinetics was determined using a laboratory flotation cell. The results showed that the particles of rod mill products have higher roughness and elongation ratio and lower roundness than the particles of ball mill products. The flotation kinetics constant of the particles increased with their surface roughness increasing. Particles with higher elongation and lower roundness indicated higher floatability. In addition, the influence of the surface roughness on the flotation kinetics was greater than that of shape parameters.     

岩石表面粗糙度的三维定量分析方法

为探究一种三维定量描述岩石表面粗糙程度的方法,通过非接触式超景深三维显微设备获取岩石表面三维彩色等高图,提取并计算三维彩色等高图上各像素点的坐标信息,提出"表面轮廓体积均方根"Vp描述岩石表面粗糙程度。研究结果表明:Vp值与标准轮廓曲线的JRC值、节理剖面系数Rp值均存在指数函数正相关,Vp值越大,粗糙度越大;Vp用于对比粗糙度差异性更直观,克服了粗糙度各向异性及不同方向上存在随机性的理论缺陷,设备及像素点统计方法具有较好的经济性、高效性。     

路面激励下汽车传动系统的随机扭转振动分析

为了分析由路面激励引起的汽车传动系统的随机扭转振动响应情况,建立了传动系统随机扭转振动的计算模型,提出了对实验结果进行拟合的参数识别方法.通过数值处理和实验手段确定了模型的主要参数,计算和分析了由随机路面激励所引起的传动系统的动力学响应.通过某汽车的道路实验验证了上述理论分析和计算方法的正确性.结果表明,汽车传动系统的低频扭转振动主要由不平路面输入激励所引起.     

零件表面轮廓曲线的统计分析

用显微镜和高分辨率摄像头,把机械零件的表面轮廓曲线作为随机信号图象进行统计识别和时间序列分析。从而研究若干有用的特征参数,以便甄别传统表面粗糙度评定中的误判现象。     

刀具直径和磨料粒度对微铣磨表面粗糙度的影响

微尺度铣磨复合加工是一种兼具微铣削与微磨削特点的新型加工工艺.为给微铣磨复合刀具参数优化提供理论依据和数据参考,用立方氮化硼(CBN)微铣磨复合刀对不同材料进行微铣磨复合加工试验,并与微铣削加工进行对比,研究刀具直径和磨粒粒度对工件表面质量的影响规律.结果表明:选择合适的刀具参数能使微铣磨复合加工表面粗糙度达到亚微米级,且优于微铣削表面质量;在一定范围内减小磨粒粒径或增大刀具直径能够提高微铣磨复合加工的表面质量,且磨料粒度对表面粗糙度的影响更为显著.