考虑表面形貌的接触应力分析

作者：李炎; 董庆兵^*; 罗振涛; 何东

来源：表面技术, 2021, 50(12): 294-302.

DOI：10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2021.12.028

• 线接触
• 粗糙表面
• Mises应力
• 移动平均滤波
• 离散卷积傅里叶变换
• 共轭梯度法

目的研究规则和实际表面形貌对二维平面线接触模型的影响。方法基于线接触几何特性,考虑表面受载后的弹性变形特性,结合规则和实际粗糙表面的形貌特征,并考虑磨合对表面的影响,采用移动平均滤波方法对实际粗糙表面进行光滑处理,利用共轭梯度法,求解表面接触压力和摩擦力,计算二维平面内接触近场应力分布,同时采用修正的离散卷积快速傅里叶变换方法提高计算效率。对比验证二维接触模型的准确性,并对比规则和实际粗糙形貌表面受法向载荷和切向载荷时平面应力分布云图中的应力分布和大小。结果圆面与圆形微凸体接触时,圆形凸体半径越小,最大Mises应力值越大,半径增大,最大Mises应力减小。多个圆形微凸体及正弦微凸体对应力分布影响类似。当考虑切向力时,会对应力分布云图中的应力分布形状和大小产生巨大影响。在相同平面表面形貌时,摩擦系数越大,Mises应力越大,并且应力沿摩擦力方向发生偏移。结论数值模型能准确计算出粗糙平面的应力。当圆面与规则表面轮廓平面接触时,与光滑表面接触时相比,Mises应力分布呈现很大不同,微凸体越小,应力越集中;摩擦力会使接触压力和近场Mises应力产生偏移,摩擦系数越大,偏移越明显。当考虑实际粗糙表面时,在粗糙界面尖端接触区域产生应力集中。经过磨合表面采用平均滤波光滑处理后,粗糙界面尖端接触区域应力集中将大幅减小。

• 单位
  机械传动国家重点实验室; 重庆大学; 重庆齿轮箱有限责任公司