专利名称：一种完全计及塑性影响的大接触界面法向刚度测量方法
技术领域：
本发明属于激光扫描及测量技术领域，涉及系统的动力等效和材料的摩擦特性， 具体涉及一种完全计及塑性影响的大接触界面法向刚度的测量方法。
背景技术：
随着高精度机床、重型燃气轮机和运载火箭等大型机械设备的高速发展，其结构中接触界面刚度的准确测量越来越得到重视，这是由于接触界面的刚度会对这些大型机械设备的动力特性产生重大影响。如果忽略阻尼的影响，接触界面本质上可以等效成均质弹簧，因此接触系统的准确等效是接触界面刚度准确测量的基础。现有的接触界面法向刚度等效方法都是基于T. R. Thomas&R. S. Sayles提出的计算公式(见文献 THOMAS T R, SAYLES R S. Stiffnessof machine tool j oints :A random-process approach [J]. ASME J. Eng. Ind, 1977,99 :250-256)，其本质上是通过考察不同法向载荷下，粗糙面均值线与刚性面间的位移变化规律，得出此区域的法向等效刚度， 并将其定义为此接触界面的法向刚度。由于此方法的考察区域没有包含所有的塑性范围，使得难以实现对弹塑性接触系统的完全动力等效，因此，基于现有等效方法的两类测量实验，即直接加载实验和超声波测试实验，都不能准确的测量接触界面法向刚度，同时现有测量方法只考虑了接触界面粗糙度及波纹度对法向接触刚度的影响，没有考虑其形状度的影响。另外，直接加载实验所考察的粗糙面均值线是虚设的，并且会随着接触状态的变化而变化，因而无法准确标记；超声波实验由于聚焦的原因，其测量的面积有限，无法得到大接触界面的法向刚度。因此，一种既能完全包含材料塑性影响又能便于大接触界面的测量方法十分必要。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种完全计及塑性影响的大接触界面法向刚度测量方法，该方法采用两粗糙体接触系统作为测量对象，以该系统的完全等效为原则，利用激光在两粗糙体上标记三条满足测量要求的直线，通过考察这三条线在加载过程中的法向位移来得到接触界面的法向刚度。该方法既能完全包含材料塑性影响又能对大接触界面进行测量。本发明的目的是通过以下技术方案来解决的这种完全计及塑性影响的大接触界面法向刚度测量方法，其特征在于，包含如下步骤(1)针对法向刚度测量中所采用的两粗糙体A和B，利用有限元方法建立与其参数完全一致的接触模型；(2)通过有限元接触分析，得出两粗糙体的接触模型在受压接触过程中的塑性区域范围，并将全载荷范围内塑性区域厚度的最大值设为Ud ；(3)放置两粗糙体A、B时，使两粗糙面接触，用激光在两粗糙体A、B上分别标记一条与接触界面平行的直线L1和L2,使直线LpL2之间的部分能够完全包含塑性区域，测量直线L1到直线L2的距离并设为Ii1 ；在粗糙体A上标记另一条与接触界面平行的直线L3，直线 L3和直线L1不重合，测量直线L1到直线L3的距离并设为Ii2 ；(4)对粗糙体A施加法向压力载荷Pn。m，测量三条直线LpL2和L3的法向位移并设为 \、32和 δ3;(5)通过三条直线的法向位移δρ 52和53的测量值以及压力载荷Pn。m就可得到接触界面法向刚度K。
权利要求
1.一种完全计及塑性影响的大接触界面法向刚度测量方法，其特征在于，包含如下步骤(1)针对法向刚度测量中所采用的两粗糙体A和B，利用有限元方法建立与其参数完全一致的接触模型；(2)通过有限元接触分析，得出两粗糙体的接触模型在受压接触过程中的塑性区域范围，并将全载荷范围内塑性区域厚度的最大值设为Ud ；(3)放置两粗糙体A、B时，使两粗糙面接触，用激光在两粗糙体A、B上分别标记一条与接触界面平行的直线L1和L2,使直线LpL2之间的部分能够完全包含塑性区域，测量直线L1 到直线L2的距离并设为Ii1 ；在粗糙体A上标记另一条与接触界面平行的直线L3，直线L3和直线L1不重合，测量直线L1到直线L3的距离并设为Ii2 ；(4)对粗糙体A施加法向压力载荷P_，测量三条直线LpL2和L3的法向位移并设为 δ ” δ 2 禾口 δ 3 ；(5)通过三条直线的法向位移53的测量值以及压力载荷Pn。m就可得到接触界面法向刚度K。h · PK — _ ^ nom_C Κ·\δ1-δ2\-\·\δ1~δ3°
2.根据权利要求1所述的完全计及塑性影响的大接触界面法向刚度测量方法，其特征在于，所述三条直线Lp L2和L3线宽均小于1微米。
全文摘要
本发明公开了一种完全计及塑性影响的大接触界面法向刚度测量方法，该方法采用两粗糙体接触系统作为测量对象，以该系统的完全等效为原则，利用激光在两粗糙体上标记三条满足测量要求的直线，通过考察这三条线在加载过程中的法向位移来得到接触界面的法向刚度。本发明在现有方法的基础上考虑了接触界面形状度对法向接触刚度的影响，利用了简单易行的激光标记方法，使其不受接触面积的影响，可以测量大接触界面的法向刚度；本发明突破了现有方法的使用局限，不仅能在实验室中使用，而且可以方便的用于工程实际。
文档编号G01N3/00GK102169065SQ20111002133
公开日2011年8月31日 申请日期2011年1月19日 优先权日2011年1月19日
发明者刘恒, 刘意, 易军, 景敏卿, 陈丽 申请人:西安交通大学