技術(shù)特征：

1.一種考慮粗糙表面微凸體相互作用影響的確定受載結(jié)合部法向接觸剛度的方法，其特征在于包括如下步驟：

S1、測(cè)量接觸表面的微觀形貌數(shù)據(jù)，利用三維輪廓測(cè)量?jī)x器獲得結(jié)合部處接觸表面的微觀輪廓數(shù)據(jù)，提取各微凸體頂點(diǎn)在長(zhǎng)度方向的位置坐標(biāo)，模擬粗糙表面的微凸體形態(tài)；

S2、建立法向載荷與接觸剛度之間的關(guān)系，具體地包括，

S21、建立法向載荷與接觸面積的關(guān)系，將受載結(jié)合部的兩個(gè)結(jié)合面轉(zhuǎn)化為一剛性光滑平面與一粗糙平面接觸，考慮微凸體相互作用影響后由彈性因素引起的變形量；根據(jù)赫茲接觸理論，綜合考慮微凸體的曲率半徑和彈塑性變形后可以得到接觸面的總載荷，得出分形接觸模型；

S22、建立法向接觸剛度模型，根據(jù)微凸體的載荷變形函數(shù)，推導(dǎo)微凸體結(jié)合面總剛度值；

S3、計(jì)算接觸表面的分形參數(shù)，利用結(jié)構(gòu)函數(shù)法，對(duì)步驟S1中提取的數(shù)據(jù)進(jìn)行理論計(jì)算，獲取其表面分形維數(shù)和尺度系數(shù)，具體地包括，

S31、建立結(jié)構(gòu)函數(shù)，將粗糙表面輪廓表征函數(shù)的增量方差定義為結(jié)構(gòu)函數(shù)；

S32、獲取表面分形參數(shù)，根據(jù)不同尺度對(duì)輪廓曲線的離散信號(hào)計(jì)算出相應(yīng)的結(jié)構(gòu)函數(shù)值，回歸分析擬合曲線，獲得確定表面的分形維數(shù)和尺度系數(shù)；

S33、結(jié)合面等效，機(jī)械結(jié)合面是由相互接觸的兩個(gè)粗糙面組成的，考慮到研究的方便性和科學(xué)性，將兩個(gè)機(jī)械表面的接觸等效成一個(gè)彈性粗糙面和一個(gè)剛性平面之間的接觸；

S4、根據(jù)上述步驟，將材料各參數(shù)值代入最終計(jì)算結(jié)合部法向接觸剛度。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的考慮粗糙表面微凸體相互作用影響的確定受載結(jié)合部法向接觸剛度的方法，其特征在于，在步驟S21中，慮微凸體相互作用影響后由彈性因素引起的變形量為z-dn，由分形接觸模型可知，

z+δ‘-dn＝δ，

則

z-dn＝δ-δ‘，

根據(jù)赫茲接觸理論，綜合考慮微凸體的曲率半徑和彈塑性變形后可以得到接觸面的總載荷：

$P=(1-\frac{3\mathrm{\π}}{16}){\mathrm{\πEG}}^{D-1}{\∫}_{a_c}^{a_l}n\left(a\right)a^{\frac{3-D}{2}}da+K^c{\mathrm{\σ}}_y{\∫}_0^{a_c}n\left(a\right)ada,$

其中，P為法向載荷；D為粗糙表面的分形維數(shù)；G為尺度系數(shù)；E為兩接觸表面的綜合彈性模量(E₁、E₂、v₁、v₂分別表示組成結(jié)合面兩部分材料的彈性模量和泊松比)，a為接觸點(diǎn)的接觸面積；a_c為臨界接觸面積(a_c＝G²(2E/H)^2/(D-1))；a_l為最大接觸點(diǎn)面積；σ_y為兩接觸面中較軟材料的屈服強(qiáng)度；K^c為較軟材料硬度H與屈服強(qiáng)度σ_y的相關(guān)系數(shù)(H＝K^cσ_y)；

代入微凸體分布函數(shù)n(a)后，積分可得考慮微凸體間相互作用影響的分形接觸模型：

$P=\left\{\begin{array}{cc}(1-\frac{3\mathrm{\π}}{16})\frac{{\mathrm{\πEDG}}^{D-1}{a}_l^{\frac{D}{2}}}{3-2D}(a_l^{\frac{3-2D}{2}}-a_C^{\frac{3-2D}{2}})+\frac{K^c{\mathrm{\σ}}_y{\mathrm{Da}}_l^{\frac{D}{2}}}{2-D}\·a_C^{\frac{2-D}{2}}& D\≠1.5\\ \frac{3}{4}(1-\frac{3\mathrm{\π}}{16}){\mathrm{\πEG}}^{\frac{1}{2}}{a}_l^{\frac{3}{4}}\ln \frac{a_l}{a_c}+3K^c{\mathrm{\σ}}_y{a}_l^{\frac{3}{4}}{a}_c^{\frac{1}{4}}& D=1.5\end{array}\right..$

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的考慮粗糙表面微凸體相互作用影響的確定受載結(jié)合部法向接觸剛度的方法，其特征在于，在步驟S22中，將微凸體半徑與接觸面積的關(guān)系代入并求導(dǎo)后，可推導(dǎo)出單個(gè)微凸體接觸剛度k的表達(dá)式：

$k=2E\sqrt{\frac{3a}{16}},$

代入微凸體分布函數(shù)后可以求得結(jié)合面總剛度值K：

$K={\∫}_{a_c}^{a_l}k\·n\left(a\right)da=2E{\∫}_{a_c}^{a_l}\sqrt{\frac{3a}{16}}n\left(a\right)da,$

即

$K=2E{\∫}_{a_c}^{a_l}\sqrt{\frac{3a}{16}}\frac{D}{2}\frac{a_l^{\frac{D}{2}}}{a^{\left(\frac{D}{2}+1\right)}}da=\frac{\sqrt{3}{\mathrm{EDa}}_l^{\frac{D}{2}}}{2(1-D)}(a_l^{\frac{1-D}{2}}-a_C^{\frac{1-D}{2}}).$

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的考慮粗糙表面微凸體相互作用影響的確定受載結(jié)合部法向接觸剛度的方法，其特征在于，在步驟S31中，結(jié)構(gòu)函數(shù)的表達(dá)式為：

s(τ)＝<[Z(x+τ)-Z(x)]²>，

其中，Z(x)為粗糙表面輪廓表征函數(shù)，τ為數(shù)據(jù)間隔的任意選擇值，x為輪廓位移坐標(biāo)，而離散化后的結(jié)構(gòu)函數(shù)表達(dá)式為：

$s\left(\mathrm{\&tau;}\right)=s\left(n\mathrm{\&Delta;}L\right)=\frac{1}{N-n}{\mathrm{\&Sigma;}}_{i=0}^{N-n}{(Z_{i+n}-Z_i)}^2,(n=1,2,3,...,N-1),$

其中，ΔL為采樣間隔，L為采樣長(zhǎng)度，N為采集點(diǎn)的數(shù)量。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的考慮粗糙表面微凸體相互作用影響的確定受載結(jié)合部法向接觸剛度的方法，其特征在于，在步驟S32中，具體地，根據(jù)不同尺度τ對(duì)輪廓曲線的離散信號(hào)計(jì)算出相應(yīng)的結(jié)構(gòu)函數(shù)值，將各離散值繪制在lgs-lgτ雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)中，可以發(fā)現(xiàn)lgS(τ)與lgτ呈線性相關(guān)，回歸分析可得擬合曲線的斜率k_s滿足：

k_s＝4-2D，

而其截距B滿足：

B＝lgCG^2(D-1)，

對(duì)于一確定的表面常數(shù)C滿足：

$C=\frac{\mathrm{\&Gamma;}(2D-3)sin\&lsqb;(2D-3)\mathrm{\&pi;}/2\&rsqb;}{(4-2D)\ln \mathrm{\&gamma;}},$

而Γ為第二類歐拉積分，γ為大于1的常數(shù)，對(duì)于服從正態(tài)分布的隨機(jī)表面，取γ＝1.5，可獲得一確定表面的分形維數(shù)和尺度系數(shù)。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的考慮粗糙表面微凸體相互作用影響的確定受載結(jié)合部法向接觸剛度的方法，其特征在于，在步驟S33中，等效后的彈性粗糙面結(jié)構(gòu)函數(shù)如下：

s(τ)＝s′(τ)+s″(τ)；

即

$s\left(\mathrm{\&tau;}\right)=C_1{G}_1^{2\left(D_1-1\right)}{\mathrm{\&tau;}}^{\left(4-2D_1\right)}+C_2{G}_2^{2\left(D_2-1\right)}{\mathrm{\&tau;}}^{\left(4-2D_2\right)},$

式中，s′(τ)、s″(τ)分別表示兩粗糙接觸面的結(jié)構(gòu)函數(shù)；D₁、D₂表示兩粗糙表面輪廓分形維數(shù)，G₁、G₂表示兩粗糙表面輪廓尺度系數(shù)，C₁、C₂為與兩表面各自分形參數(shù)相關(guān)的常數(shù)，求得等效彈性粗糙面的分形參數(shù)。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的考慮粗糙表面微凸體相互作用影響的確定受載結(jié)合部法向接觸剛度的方法，其特征在于，步驟S4具體地包括，

S41、將材料參數(shù)值、步驟S33中計(jì)算得出的等效彈性粗糙面的分形參數(shù)值代入步驟S21中的臨界接觸面積公式，求得臨界接觸面積a_c；

S42、計(jì)算最大接觸點(diǎn)面積，將結(jié)合部所承受的法向載荷、臨界接觸面積、等效彈性粗糙面的分形參數(shù)、材料參數(shù)代入步驟S21中提出的考慮微凸體間相互作用影響的分形接觸模型求得最大接觸點(diǎn)面積a_l；

S43、求得法向接觸剛度，將兩粗糙表面材料參數(shù)、步驟S3中計(jì)算得出的等效彈性粗糙面的分形參數(shù)值、臨界接觸面積a_c、最大接觸點(diǎn)面積a_l、代入步驟S2中所提出的接觸剛度模型中即可計(jì)算得出機(jī)械結(jié)合部的法向接觸剛度。