考虑宏微观几何形貌的螺栓连接结合面接触性能模型

摘要

为准确预测螺栓连接结合面的真实接触状态，提出了考虑宏微观几何形貌的螺栓连接结合面接触性能模型。通过小波分解方法，解决了实测螺栓连接结合面粗糙表面提取与重构的问题。采用两粗糙表面接触等效、数据驱动建模、宏微观变网格划分等技术，构建了考虑微观形貌与宏观几何尺寸耦合的螺栓连接结合面跨尺度模型，实现了结合面接触性能的准确计算。通过压力薄膜传感器测量被连接件结合面的压力分布，验证了计算模型的正确性，并以此为基础系统分析了被连接件厚度、螺栓预紧力以及螺栓规格尺寸对结合面接触性能的影响。计算结果表明：螺栓连接结合面真实压力分布具有非连续性，结合面压力最大值并非在被连接件孔径边缘处，而是在孔径与螺栓头外径之间；结合面真实接触面积远小于名义接触面积；结合面真实压力分布范围随着被连接件厚度、螺栓预紧力、螺栓规格尺寸的增加而增加，厚度和预紧力的影响呈现明显的非线性，螺栓尺寸的影响呈现一定的线性规律，且斜率为0.37。研究结果可为刚度、阻尼、密封等机械装备装配性能的可靠评估提供支撑。

关键词

接触性能 / 粗糙表面 / 跨尺度模型 / 螺栓连接

基金资助

国防基础科研计划资助项目(JCKY2020203C021); 国家自然科学基金资助项目(52275510,52335011)