随动强化法则下粗糙面加卸载半解析模型的研究

摘要

本文主要研究随动强化下粗糙面的加卸载半解析接触模型。从基本的材料强化特性入手，通过实验和有限元相结合的方法，分析了随动强化与等向强化材料的优劣，并且给出了随用强化法则下微凸体的加卸载模型，将其运用到粗糙面的建模当中，然后给出了粗糙面的半解析接触模型。本文还进行了基体对微凸体影响的有限元计算和相关参数的讨论。具体如下：
　　通过实验和有限元相结合的方法，以铜这种材料为例子证明了有限元加卸载实验中使用随动强化模型比使用等向强化模型更加优越。
　　利用随动强化模型，以及有限元方法，获得了随泊松比v和硬化指数n的变化而改变的微凸体半解析模型。通过与四种不同硬化指数的不锈钢的微凸体的加载结果进行对比，证明了本文的模型不仅适用于铜这一种材料，对具有指数硬化的一般性钢材料同样适用。
　　利用第二部分得到的微凸体的半解析模型和粗糙面的统计模型，构建了粗糙面的一次加卸载模型。利用得到的粗糙面模型，在一个较大的加载范围内，分析了载荷-位移与载荷-真实接触面积的滞后特性。利用GW模型中的残余塑性指数，分析了新的卸载表面的残余轮廓，推导了新的微凸体高度方程与顶峰曲率半径方程。最后，对影响粗糙面接触特性的3个参数进行了分析和讨论。
　　利用有限元方法，对带基体的微凸体模型进行有限元计算。我们引入微凸体圆心和底边的位移变化来描述基体对微凸体的影响。从分析结果来看，基体的影响主要由三个参数决定：
　　1）硬化指数n，当n小于0.1时，微凸体的扩展模式为横向扩展，向基体内部的纵向扩展可忽略；当n大于0.1时，两种扩展模式都不能忽略，基体对微凸体的影响比较明显。
　　2）弹性模量E或者屈服极限Y0，当弹性模量E与屈服极限Y0之比保持不变时，底边的嵌入量不随屈服极限的变化而变化；当E不变，两者之比从185到600波动时，底边的嵌入量受基体的轻微影响。
　　3）几何参数λ，当λ>5的时候，基体对微凸体的影响基本不发生变化，而当λ<5的时候，基体的影响不能忽略。通过研究我们还知道，基体对微凸体的影响作用与泊松比无关。在此基础上，我们利用双线性45钢材料模型研究了不同泊松比、弹性模量和几何参数下的单个带基体微凸体的面刚度与下压量的关系，通过接触压力S与下压量h的关系来表示，面刚度为S-h关系斜率的倒数。通过数据拟合得到了不同弹性模量和泊松比时，带基体微凸体h-S的关系。该关系分为三部分：第一和第二部分与弹性模量和泊松比无关，但是刚性面与基体上表面发生接触后的第三部分与弹性模量和泊松比都有关。

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1绪论

1.1 研究背景与意义

1.2 结合部接触加卸载问题的研究现状

1.3 本文主要研究内容

2材料模型的实验及有限元分析

2.1 弹塑性模型及相关概念

2.2微凸体的加卸载实验

2.3 微凸体的有限元计算

2.4 随动强化模型与等向强化模型的对比

3 随动强化法则下微凸体加卸载半解析模型

3.1理论背景

3.2 有限元模型的构成

3.3 有限元结果的分析与讨论

3.4本章小结

4 随动强化法则下粗糙面加卸载半解析模型

4.1理论背景及分析

4.2 结果与讨论

4.3本章小结

5 带基体微凸体模型

5.1基体对微凸体的作用分析

5.2 泊松比和弹性模量对带基体微凸体面刚度的影响

5.3本章小结

6 全文总结与展望

6.1 全文总结

6.2 展望

致谢

参考文献

在校期间发表的论文和申请的专利