本發(fā)明涉及機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，具體涉及一種機(jī)械固定結(jié)合面法向接觸參數(shù)識(shí)別方法、系統(tǒng)及介質(zhì)。

背景技術(shù)：

1、現(xiàn)代機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)常采用“虛擬原型”技術(shù)來(lái)縮短周期和節(jié)約成本，設(shè)計(jì)過(guò)程的可靠性主要取決于所建立的數(shù)學(xué)或仿真模型是否滿足實(shí)際工程需要，即所建模型必須符合機(jī)械結(jié)構(gòu)實(shí)際工況。目前機(jī)械結(jié)構(gòu)建模主要采用有限元法將模型離散化以單元為元素分析響應(yīng)，而機(jī)械結(jié)構(gòu)是由各零部件根據(jù)功能、性能和加工要求等需求組合而成，機(jī)械結(jié)構(gòu)整體剛度和阻尼由各零部件之間“結(jié)合面”相互接觸的剛度和阻尼主導(dǎo)，設(shè)計(jì)仿真模型通常將各部件綁定在一起或者根據(jù)經(jīng)驗(yàn)在結(jié)合面之間設(shè)置彈簧阻尼單元，導(dǎo)致對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)整體進(jìn)行設(shè)計(jì)或性能分析時(shí)與實(shí)際出入較大，成為“虛擬原型”技術(shù)在機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)用進(jìn)一步發(fā)展的瓶頸，因此準(zhǔn)確識(shí)別機(jī)械結(jié)合面剛度阻尼等特征參數(shù)是打破該瓶頸的關(guān)鍵。以分形幾何為基礎(chǔ)的分形模型與尺度無(wú)關(guān)，對(duì)表面接觸的分析是確定和唯一的，因此常用于表征和識(shí)別結(jié)合面接觸參數(shù)，然而傳統(tǒng)的分形模型（參見(jiàn)文獻(xiàn)：張學(xué)良.機(jī)械結(jié)合面動(dòng)態(tài)特性及應(yīng)用[m].中國(guó)科學(xué)技術(shù)出版社,2002.）不考慮微凸體彈塑性變形和相互作用因素，導(dǎo)致計(jì)算參數(shù)與實(shí)際參數(shù)誤差較大，不能準(zhǔn)確識(shí)別結(jié)合面接觸參數(shù)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題：針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的上述問(wèn)題，提供一種機(jī)械固定結(jié)合面法向接觸參數(shù)識(shí)別方法、系統(tǒng)及介質(zhì)，本發(fā)明旨在解決現(xiàn)有固定結(jié)合面接觸參數(shù)識(shí)別方法操作繁瑣、精度較低的問(wèn)題，簡(jiǎn)便地實(shí)現(xiàn)高精度識(shí)別機(jī)械固定結(jié)合面的法向接觸參數(shù)以為機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)提供指導(dǎo)。

2、為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

3、一種機(jī)械固定結(jié)合面法向接觸參數(shù)識(shí)別方法，包括下述步驟：

4、s1、獲取形成機(jī)械固定結(jié)合面的兩個(gè)接觸面的多組輪廓測(cè)量數(shù)據(jù)；

5、s2、分別為各組輪廓測(cè)量數(shù)據(jù)計(jì)算接觸面的輪廓結(jié)構(gòu)函數(shù)，由兩個(gè)接觸面的輪廓結(jié)構(gòu)函數(shù)計(jì)算機(jī)械固定結(jié)合面的等效結(jié)構(gòu)函數(shù)，根據(jù)等效結(jié)構(gòu)函數(shù)計(jì)算各組輪廓測(cè)量數(shù)據(jù)的等效分形維數(shù)和等效分形尺度參數(shù)；

6、s3、將各組輪廓測(cè)量數(shù)據(jù)的等效分形維數(shù)和等效分形尺度參數(shù)分別求平均值，得到機(jī)械固定結(jié)合面的分形維數(shù)d和分形尺度參數(shù)g；

7、s4、根據(jù)機(jī)械固定結(jié)合面的分形維數(shù)d和分形尺度參數(shù)g計(jì)算微凸體臨界接觸面積和微凸體最大接觸面積，其中微凸體最大接觸面積的計(jì)算函數(shù)表達(dá)式為：

8、，

9、上式中， f為機(jī)械固定結(jié)合面載荷， e為機(jī)械固定結(jié)合面的復(fù)合彈性模量，為微凸體臨界接觸面積，為微凸體最大接觸面積， d為機(jī)械固定結(jié)合面的分形維數(shù)，為微凸體的頂端曲率半徑， h為硬度， g為機(jī)械固定結(jié)合面的分形尺度參數(shù)， k為泊松比的函數(shù)，為大小與譜密度和自仿射性質(zhì)有關(guān)的常數(shù)參數(shù)；

10、s5、根據(jù)微凸體臨界接觸面積和微凸體最大接觸面積建立結(jié)合面法向接觸參數(shù)模型并計(jì)算出機(jī)械固定結(jié)合面法向接觸參數(shù)，包括法向剛度和法向阻尼，其中法向剛度的計(jì)算函數(shù)表達(dá)式為：

11、

12、上式中，為法向剛度， e為機(jī)械固定結(jié)合面的復(fù)合彈性模量， d為機(jī)械固定結(jié)合面的分形維數(shù)，為微凸體臨界接觸面積，為微凸體最大接觸面積， h為硬度， k為泊松比的函數(shù)，為大小與譜密度和自仿射性質(zhì)有關(guān)的常數(shù)參數(shù)。

13、可選地，步驟s2中計(jì)算接觸面的結(jié)構(gòu)函數(shù)的函數(shù)表達(dá)式為：

14、，

15、上式中，為接觸面a或b的輪廓結(jié)構(gòu)函數(shù)，為接觸面a或b的輪廓測(cè)量數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的輪廓函數(shù)，為接觸面a或b經(jīng)過(guò)取樣間隔后的輪廓測(cè)量數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的輪廓函數(shù)，為取樣間隔，表示求空間平均值，a和b為機(jī)械固定結(jié)合面的兩個(gè)接觸面，步驟s2中兩個(gè)接觸面的輪廓結(jié)構(gòu)函數(shù)計(jì)算機(jī)械固定結(jié)合面的等效結(jié)構(gòu)函數(shù)的函數(shù)表達(dá)式為：

16、，

17、上式中，為機(jī)械固定結(jié)合面的等效結(jié)構(gòu)函數(shù)，和分別為機(jī)械固定結(jié)合面的接觸面a和b的輪廓結(jié)構(gòu)函數(shù)。

18、可選地，步驟s2中根據(jù)等效結(jié)構(gòu)函數(shù)計(jì)算各組輪廓測(cè)量數(shù)據(jù)的等效分形維數(shù)和等效分形尺度參數(shù)包括：

19、s2.1，根據(jù)結(jié)構(gòu)函數(shù)、機(jī)械固定結(jié)合面的分形維數(shù)和分形尺度參數(shù)之間的函數(shù)關(guān)系，建立下式所示在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)下的等效結(jié)構(gòu)函數(shù)：

20、

21、上式中，為機(jī)械固定結(jié)合面的等效結(jié)構(gòu)函數(shù)，為常數(shù)，為第i組輪廓測(cè)量數(shù)據(jù)的分形維數(shù)，為第i組輪廓測(cè)量數(shù)據(jù)的分形尺度參數(shù)，且有：

22、，

23、上式中，為第二類歐拉積分，為大小與譜密度和自仿射性質(zhì)有關(guān)的常數(shù)參數(shù)；

24、s2.2，根據(jù)雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)下的等效結(jié)構(gòu)函數(shù)在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)下為一條直線，計(jì)算出該直線的斜率和與縱軸的截距；

25、s2.3，根據(jù)下式計(jì)算各組輪廓測(cè)量數(shù)據(jù)的等效分形維數(shù)和等效分形尺度參數(shù)：

26、，

27、，

28、上式中，為第i組輪廓測(cè)量數(shù)據(jù)的等效分形維數(shù)，為第i組輪廓測(cè)量數(shù)據(jù)的等效分形尺度參數(shù)，為第i組輪廓測(cè)量數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)直線的斜率，為第i組輪廓測(cè)量數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)直線與縱軸的截距。

29、可選地，步驟s4中計(jì)算微凸體臨界接觸面積的函數(shù)表達(dá)式為：

30、，

31、上式中， g為機(jī)械固定結(jié)合面的分形尺度參數(shù)， k為泊松比的函數(shù)， h為硬度， e為機(jī)械固定結(jié)合面的復(fù)合彈性模量， d為機(jī)械固定結(jié)合面的分形維數(shù)，且有：

32、，

33、，

34、上式中，為泊松比， e1、 e2分別為機(jī)械固定結(jié)合面的兩個(gè)接觸面材料的彈性模量，和分別為機(jī)械固定結(jié)合面的兩個(gè)接觸面材料的泊松比。

35、可選地，步驟s5中法向阻尼的計(jì)算函數(shù)表達(dá)式為：

36、

37、上式中，為法向阻尼，為結(jié)合面損耗因子，為法向剛度，且有：

38、，

39、，

40、，

41、上式中，為結(jié)合面總損耗能量，為結(jié)合面總儲(chǔ)存能量， d為機(jī)械固定結(jié)合面的分形維數(shù)， e為機(jī)械固定結(jié)合面的復(fù)合彈性模量， g為機(jī)械固定結(jié)合面的分形尺度參數(shù)， h為硬度，為微凸體臨界接觸面積，為微凸體最大接觸面積， k為泊松比的函數(shù)。

42、此外，本發(fā)明還提供一種機(jī)械固定結(jié)合面法向接觸參數(shù)識(shí)別系統(tǒng)，包括相互連接的微處理器和存儲(chǔ)器，所述微處理器被編程或配置以執(zhí)行所述機(jī)械固定結(jié)合面法向接觸參數(shù)識(shí)別方法。

43、此外，本發(fā)明還提供一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，該計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)中存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序或指令，該計(jì)算機(jī)程序或指令被編程或配置以通過(guò)處理器執(zhí)行所述機(jī)械固定結(jié)合面法向接觸參數(shù)識(shí)別方法。

44、此外，本發(fā)明還提供一種計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，包括計(jì)算機(jī)程序或指令，該計(jì)算機(jī)程序或指令被編程或配置以通過(guò)處理器執(zhí)行所述機(jī)械固定結(jié)合面法向接觸參數(shù)識(shí)別方法。

45、和現(xiàn)有固定結(jié)合面接觸參數(shù)識(shí)別方法相比，本發(fā)明主要具有下述優(yōu)點(diǎn)：

46、1.?本發(fā)明的輸入數(shù)據(jù)只需要測(cè)量結(jié)合面表面輪廓得到的輪廓測(cè)量數(shù)據(jù)，操作簡(jiǎn)便，避免因?qū)嶒?yàn)操作繁瑣或多次實(shí)驗(yàn)導(dǎo)致識(shí)別精度降低。

47、2.?本發(fā)明提出的機(jī)械固定結(jié)合面法向接觸參數(shù)識(shí)別方法將微凸體相互作用因素和彈塑性變形因素考慮到分形模型中，建立的結(jié)合面理論模型有較高的精度。

48、3.?本發(fā)明提出的機(jī)械固定結(jié)合面法向接觸參數(shù)識(shí)別方法適用于所有固定結(jié)合面接觸參數(shù)的識(shí)別，具有通用性好的優(yōu)點(diǎn)。