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考虑基体柔度的接触行为的研究

文献类型:学位论文

作者王田静
答辩日期2019-05-28
文献子类硕士
授予单位中国科学院大学
授予地点北京
导师刘小明
关键词基体柔度 接触行为 梁变形 失稳
学位专业固体力学
其他题名A Study of Contact Behavior Considering the Substrate Compliance
英文摘要

大多数对于表面粗糙度摩擦行为的研究,以GreenwoodWilliamson的粗糙表面模型(GW模型)为基础。一个粗糙体接触对通常被简化为简单的几何形状,如半球体或者圆柱体等。经过这样的简化处理,粗糙体的柔度往往被忽略。当表面比较粗糙,或者粗糙体的长细比较大时,粗糙体的柔度不能忽略。本文建立了考虑粗糙体柔度的接触模型,研究了接触过程接触力的演变以及功能损耗的机理。以尖端接触和非尖端接触两种接触形式分类,分别讨论了基体柔度对接触过程的贡献。

根据粗糙体柔度的不同,结合梁的变形规律,本文建立了两种梁理论接触模型。本文的主要研究工作及结论如下:

考虑到接触区局部的应力集中效应,建立了尖端接触梁理论模型。以Hertz压力分布分析接触区的局部变形,以梁的变形理论分析基体变形,耦合尖端局部变形和基体变形作为整体结构的接触响应。当基体柔度较小时,建立考虑剪切的Timoshenko梁理论尖端接触模型。当基体柔度较大时,结合梁的大变形原理,建立大挠度变形梁接触理论模型。经过与数值模拟结果的对比验证,分别得到了理论解的适用范围。研究发现:1)相比于不考虑基体柔度的纯弹性接触模型,滑动接触过程接触力呈反对称变化的情况,考虑了基体柔度的纯弹性接触模型的接触力呈非对称变化。2)随着粗糙体柔度的增加,结构趋向单方向的挠度变形,并发生结构失稳的现象。这种失稳现象是导致接触力反对称的原因,同时,接触力反对称将导致滑动接触过程存在摩擦损耗。

对于细长杆与障碍物的接触,非尖端接触成为主要的接触形式。根据梁的大变形原理和接触边界约束条件,建立大挠度变形梁理论接触模型。基于不同的运动模式,分析了接触过程作用力的变化以及能量分配的规律。讨论了不同梁长情况下,细长结构与障碍物接触行为的区别。研究发现:1) 细长杆与障碍物间发生接触分离的原因有两个:当初始梁长小于保持结构稳定的临界梁长时,物体间以脱落方式分离;当初始梁长大于结构保持稳定的临界梁长时,物体间以滑落方式分离。2)发生滑动分离的根本原因是,作用在细长杆上的力超过了维持结构稳定的力的临界值。

语种中文
源URL[http://dspace.imech.ac.cn/handle/311007/79092]  
专题力学研究所_非线性力学国家重点实验室
推荐引用方式
GB/T 7714
王田静. 考虑基体柔度的接触行为的研究[D]. 北京. 中国科学院大学. 2019.

入库方式: OAI收割

来源:力学研究所

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