基于分形理论与接触力学的机械表面微观接触机理与建模研究

成果基本信息
关键词：	分形几何理论;接触力学理论;微观接触机理;分形维数;结合面法向接触刚度
成果类别：		技术成熟度：
体现形式（基础理论类）：		体现形式（应用技术类）：	无
成果登记号：	9622018J0033	资源采集日期：	2018-10-15

研究情况
单位名称：	天水师范学院	技术水平：
评价证书号：		评价单位：	甘肃省科技厅
评价日期：	2018.03.07	评价证书号：

转化情况
转让范围：		推广形式：	无
已转让企业数（个）：	0

联系方式
联系人（平台）：	玉女士	联系人（平台）电话：	0771-5885053
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成果简介
本课题围绕结合面基础特性参数，从表面形貌描述和表征、结合面微观接触建模和分析、结合面接触特性的预测仿真、工程应用等几个方面进行研究。　　1、通过表面形貌测量仪测量了实际加工粗糙表面的二维和三维形貌。采用工程常用的三种小波函数小波变换系数方法评价表面形貌的分形特征，通过提取不同分解尺度下的小波系数，计算出各分形维数，实现了最优的计算小波函数、阶数和分解尺度级数。结果表明：采用二阶Daubechies小波在分解尺度7级下各分形维数计算精度较高。　　2、提出了基于分形几何理论和接触力学理论的结合面法向接触刚度数学模型，揭示了分形维数、尺度系数、塑性指数、材料等影响因素对结合面特性参数的影响规律。将分形几何和接触力学理论有机地结合，根据所建立的微观法向接触刚度模型，分析了法向接触刚度与法向载荷、接触面积等主要量纲一因素间的关系。结果表明：结合面法向接触刚度与影响因素之间存在非线性关系，非线性程度的强弱受塑性指数影响。　　3、提出了仿生学理论对结合面实验数据进行仿真预测建模的方法。基于ESN回声状态网络理论对机械结合面法向接触刚度进行仿生学建模。采用算法学习训练域和预测域相分离的方法，在对影响法向接触刚度的主要因素分析的基础上，进行ESN 算法建模和计算结果误差分析，结果表明：该算法的预测精度可达0.001 6%以上。　　4、针对天水星火机床有限责任公司生产的CK61125数控机床关键部件，将本课题的理论研究结果应用到工程实际之中，提出基于有限元分析方法，建立了主轴动、静态结构模型，分析了主轴在2t和6t载荷下的应力与应变，计算结果表明：主轴的最大应力为139.26MPa，最大应变为0.67μm/mm，主轴刚度为1000N/μm，满足主轴的强度与刚度要求。主轴一阶共振频率为861.51Hz。通过主轴在空载和加载情况下的不同转速振动频率测试，试验结果表明，主轴的最高振动频率为244Hz，小于一阶共振频率，主轴静动态特性均满足机床加工性能要求。

成果名称：	基于分形理论与接触力学的机械表面微观接触机理与建模研究	关键词：	分形几何理论;接触力学理论;微观接触机理;分形维数;结合面法向接触刚度
成果类别：		一级分类名称：	机械制造
二级分类名称：	机械设计	三级分类名称：
研究起止时间：	2015.07 至2017.06	成果体现形式（应用技术类）：	无
成果属性：		成果体现形式（基础理论类）：
技术成熟度：		技术水平：
研究形式：		学科分类1：
单位名称：	天水师范学院	学科分类2：	460.15
中图分类号1：		所属高新技术类别：
中图分类号2：	TH117	课题来源：
应用行业：		课题立项名称：
国家科技计划子类别：		课题立项编号：	1506RJZE113
经费实际投入额（万元）：	3.00	评价单位：	甘肃省科技厅
评价形式：	无	应用状态：	无
评价日期：	2018.03.07	转让范围：
评价证书号：		推荐单位：
推广形式：	无	成果登记号：	9622018J0033
成果简介：	本课题围绕结合面基础特性参数，从表面形貌描述和表征、结合面微观接触建模和分析、结合面接触特性的预测仿真、工程应用等几个方面进行研究。　　1、通过表面形貌测量仪测量了实际加工粗糙表面的二维和三维形貌。采用工程常用的三种小波函数小波变换系数方法评价表面形貌的分形特征，通过提取不同分解尺度下的小波系数，计算出各分形维数，实现了最优的计算小波函数、阶数和分解尺度级数。结果表明：采用二阶Daubechies小波在分解尺度7级下各分形维数计算精度较高。　　2、提出了基于分形几何理论和接触力学理论的结合面法向接触刚度数学模型，揭示了分形维数、尺度系数、塑性指数、材料等影响因素对结合面特性参数的影响规律。将分形几何和接触力学理论有机地结合，根据所建立的微观法向接触刚度模型，分析了法向接触刚度与法向载荷、接触面积等主要量纲一因素间的关系。结果表明：结合面法向接触刚度与影响因素之间存在非线性关系，非线性程度的强弱受塑性指数影响。　　3、提出了仿生学理论对结合面实验数据进行仿真预测建模的方法。基于ESN回声状态网络理论对机械结合面法向接触刚度进行仿生学建模。采用算法学习训练域和预测域相分离的方法，在对影响法向接触刚度的主要因素分析的基础上，进行ESN 算法建模和计算结果误差分析，结果表明：该算法的预测精度可达0.001 6%以上。　　4、针对天水星火机床有限责任公司生产的CK61125数控机床关键部件，将本课题的理论研究结果应用到工程实际之中，提出基于有限元分析方法，建立了主轴动、静态结构模型，分析了主轴在2t和6t载荷下的应力与应变，计算结果表明：主轴的最大应力为139.26MPa，最大应变为0.67μm/mm，主轴刚度为1000N/μm，满足主轴的强度与刚度要求。主轴一阶共振频率为861.51Hz。通过主轴在空载和加载情况下的不同转速振动频率测试，试验结果表明，主轴的最高振动频率为244Hz，小于一阶共振频率，主轴静动态特性均满足机床加工性能要求。
联系人：	赵玉祥	成果登记日期：	2018-04-20
联系人email：		单位代码：	96200474
邮政编码222：	741001	联系人电话：	0938-8363116
单位传真：	0938-8362454	单位通讯地址：	甘肃省天水市秦州区藉河南路105号
单位所在省市：		单位电话：	0938-8366107;8363116
转让收入（万元）：	0	单位属性：
合作完成单位：	兰州大学基础医学院	已转让企业数（个）：	0
成果发布年份：	2018	知识产权形式：
成果完成人：	杨红平;时立民;杨程;赵宇	资源采集日期：	2018-10-15

基于分形理论与接触力学的机械表面微观接触机理与建模研究

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