螺栓結合面的三維彈塑性接觸的有限元分析*

何勇輝，朱子文，張二亮，何聲馨

(鄭州大學機械與動力工程學院，鄭州 450001)

0 引言

對于機床和大部分的機械結構，它們都是由若干個零件裝配而成，相互接觸的零件表面之間形成結合面[1]。螺栓連接結構是最為常用的一種機械連接方式，受表面粗糙度的影響，通過螺栓連接起來的兩個零件的結合面在受到外部加載下會發生彈塑性變形，因此結合面表現出復雜的力學特性。為了能夠更加深入的探究結合面在接觸過程的變形和接觸機理，從微觀角度上研究結合面的表面粗糙度與接觸模型、彈塑性變形以及能量損耗規律，一直都是研究的熱點和難點問題。

在國外，GREENWOOD等[2]假設粗糙表面輪廓峰高服從正態分布，利用概率統計分析的方法創建了粗糙表面彈性接觸模型(GW模型)，該模型只考慮了接觸初期的彈性變形。CHANG等[3]通過把粗糙表面微凸體的變形劃分為純彈性變形和純塑性變形兩個歷程，改善了GW模型，但缺少對彈塑性變形過渡過程的刻畫。KOGUT等[4]通過對單微凸體進行有限元分析，探究了在接觸過程中微凸體發生純彈性、彈塑性和純塑性變形區域的界定范圍，并用指數函數建立了接觸的力、負載和面積與微凸體的變形量之間的關系式。COHEN等[5]結合赫茲理論和BRIZMER等[6-7]的分析結果，建立了粗糙表面的全粘接接觸模型。在國內，尤晉閩等[8]基于GW模型，充分考慮了微凸體的彈性、彈塑性及完全塑性等不同變形機制，提出了結合面的統計模型。高飛翔[9]利用修正過的分形函數，構建了圓柱與平板的有限元接觸模型，分析了算術平均高度對接觸面積的影響。……