宏觀—微觀熱彈塑性粗糙表面接觸問(wèn)題的EFG-FE耦合方法.pdf

1、作為摩擦學(xué)研究的重要分支之一的接觸力學(xué)研究是分析摩擦磨損和潤(rùn)滑問(wèn)題的基礎(chǔ)。本文運(yùn)用近年來(lái)發(fā)展的在計(jì)算區(qū)域劃分及結(jié)點(diǎn)排布上較為靈活的無(wú)網(wǎng)格方法(Meshless Methods或Meshfree Methods)，通過(guò)采用較有效的表面形貌的描述方法，研究了表面粗糙度、彈塑性變形、摩擦熱和表面效應(yīng)等因素影響下的宏觀一微觀接觸機(jī)理，建立了一套較有效解決以上問(wèn)題的數(shù)值計(jì)算方法。為工程機(jī)械接觸力學(xué)特性的預(yù)測(cè)，指導(dǎo)相關(guān)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)奠定了較好的基礎(chǔ)。

2、 本文介紹了無(wú)網(wǎng)格伽遼金(Element-Free Galerkin，EFG)方法的具體數(shù)學(xué)描述。研究了無(wú)網(wǎng)格伽遼金—有限元(Element-Free Galerkin-Finite Element，EFG—FE)耦合方法的基本原理和計(jì)算流程。通過(guò)算例討論了EFG方法中拉格朗日乘子和權(quán)函數(shù)影響域半徑對(duì)計(jì)算精度的影響，并驗(yàn)證了EFG-FE耦合方法的有效性。 運(yùn)用EFG-FE耦合方法求解真實(shí)粗糙表面彈塑性接觸問(wèn)題。在對(duì)無(wú)網(wǎng)格區(qū)

3、域相關(guān)參數(shù)研究的基礎(chǔ)上，指出了用EFG-FE耦合方法求解接觸問(wèn)題時(shí)的合理參數(shù)范圍。結(jié)果表明，無(wú)網(wǎng)格方法相比于有限元方法更能合理地反映材料在接觸過(guò)程的塑性變形行為。 提出了一種基于自適應(yīng)粗糙表面描述的彈塑性接觸模型。去除了對(duì)采用等間距結(jié)點(diǎn)描述的粗糙表面輪廓影響較小的結(jié)點(diǎn)。分析了不同閾值對(duì)自適應(yīng)表面彈塑性接觸力學(xué)特性的影響，在保證計(jì)算精度的同時(shí)大大節(jié)省了運(yùn)算時(shí)間和計(jì)算機(jī)資源。 建立了可考慮屈服應(yīng)力溫度相關(guān)的粗糙表面熱彈塑性接

4、觸模型。研究了摩擦力和不同熱輸入情況下圓柱體與彈塑性平面的接觸力學(xué)特性。研究表明，在考慮剪切摩擦力作用后，彈塑性接觸壓力分布不再關(guān)于接觸區(qū)域中軸線(xiàn)對(duì)稱(chēng)而出現(xiàn)了“塌陷”現(xiàn)象。通過(guò)無(wú)網(wǎng)格方法解與有限元方法解比較發(fā)現(xiàn)不恰當(dāng)?shù)挠邢拊W(wǎng)格劃分會(huì)造成接觸壓力的數(shù)值震蕩，而無(wú)網(wǎng)格方法可避免這一現(xiàn)象的發(fā)生。發(fā)現(xiàn)忽略溫度相關(guān)效應(yīng)將高估最大接觸壓力而低估相應(yīng)外載荷下產(chǎn)生的接觸面積。求解了考慮屈服應(yīng)力溫度相關(guān)的粗糙表面熱彈塑性接觸問(wèn)題，探討了摩擦熱效應(yīng)對(duì)表面