申请/专利权人：武汉大学

申请日：2021-08-20

公开（公告）日：2024-04-30

公开（公告）号：CN113704910B

主分类号：G06F30/17

分类号：G06F30/17;G06F30/23;G06F119/02

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.30#授权;2021.12.14#实质审查的生效;2021.11.26#公开

摘要：本发明提供了一种计算微米级粗糙度螺栓结合面真实接触率的方法，能够根据螺栓预紧力计算结合面的实际接触率。利用测得的统计学形貌参数Ra、Rq计算分形维数D与尺度系数G；然后，基于分子动力学方法建立单粗糙峰的接触模型，并从原子尺度构建纳米级粗糙峰在弹性‑弹塑性‑塑性变形阶段法向力fn与接触面积a的关系；最后，结合单粗糙峰的接触力学特性和分形理论，获得微米级螺栓结合面预紧力Fp与实际接触面积Ar的关系，实现螺栓预紧力与栓接结构表面真实接触率的直接关联。本发明提供一种计算精加工栓接结构真实接触率的新方法，从原子层面揭示了螺栓结合面的微观接触特性，为螺栓结合面的真实接触率计算提供了新思路。

主权项：1.一种微米级粗糙度螺栓结合面真实接触率的计算方法，其特征在于：包括步骤如下：S1、测量结合面形貌参数，包括Ra、Rq，计算微米级螺栓结合面分形维数D、尺度系数G，然后根据分形理论构建整个粗糙表面的接触模型；S2、利用分子动力学方法建立纳米级单粗糙峰接触模型，从原子尺度分析单粗糙峰的接触特性，具体如下：模拟过程：首先系统弛豫，给定NVE系综，给定约束，所述约束为刚性板与边界层不受外力，令粗糙峰模型在恒温条件下以恒定速度向下运动，与刚性板接触并发生变形，根据时间变化，首先得到单个粗糙峰模型的变形量s；再得到单个原子张力，随后对Z方向的张力进行求和平均以及转化，即可得到单粗糙峰的法向力变化，同时计算获得随时间变化的真实接触面积；S3、对建立的纳米级单粗糙峰接触模型进行弹性-弹塑性-塑性接触变形过程模拟，得到每个阶段对应的法向力-接触面积fn-a表达式，具体如下：用步骤S2建立的模型对单个粗糙峰的弹性-弹塑性-塑性三个变形阶段进行模拟，得到法向力与真实接触面积之间的关系；对纳米级粗糙峰在弹性、弹塑性和塑性变形阶段的法向接触力-接触面积分别进行拟合，如下所示： 式中，fe、fep、fp——分别为粗糙峰纯弹性变形、弹塑性变形、完全塑性变形时的法向力； a e、 a ep、 a p——分别为粗糙峰纯弹性变形、弹塑性变形、完全塑性变形时的真实接触面积； a ec——粗糙峰由弹性状态进入弹塑性状态的临界接触面积； a pc——粗糙峰由弹塑性状态进入塑性状态的临界接触面积； a l——所有粗糙峰中最大的接触面积； f 1、 f 2、 f 3——分别为三种不同的函数映射关系；S4、根据得到的单粗糙峰法向力-接触面积表达式，结合分形理论公式推导整个螺栓结合表面预紧力与真实接触率之间的函数关系，具体如下：根据预紧力Fp以及分形理论中载荷求解公式，获得不同预紧力下粗糙峰最大接触面积al； 式中，pe、pep、pp——粗糙峰在纯弹性变形阶段、弹塑性变形阶段、完全塑性变形阶段的载荷； na——粗糙峰接触面积分布函数；再根据al即可推导微米级螺栓结合面的实际接触面积Ar； 根据上述推导，螺栓结合面的法向载荷和真实接触面积都是关于al的函数，故而最终可以建立预紧力Fp与结合面实际接触面积Ar的关系；再根据公式： 即可计算出螺栓结合面的真实接触率的值，其中，An为名义接触面积。

全文数据：

权利要求：

百度查询： 武汉大学 一种微米级粗糙度螺栓结合面真实接触率的计算方法

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