粗糙表面間接觸行為的有限元分析（開題報告）
1 課題的目的及意義
1.1 研究的目的及意義
摩擦是造成能量損失的原因，它引起磨損降低機器的壽命和可靠性，據(jù)估計，世界上的能源約有1/2～1/3以各種形式消耗在克服摩擦上。1965年英國以喬斯特博士為首的調(diào)查組的報告認為，英國只要充分地應用現(xiàn)有的摩擦磨損和潤滑知識，十年內(nèi)每年可節(jié)約5.12億英鎊。從上述數(shù)字可以看出，開展摩擦學研究對國民經(jīng)濟的發(fā)展有著重要的作用。因此近年來，世界各工業(yè)國的摩擦學研究進展十分迅速，對延長機器的使用壽命、提高其可靠性、節(jié)約能源、減少設備的停修和維修費用，收益很大，這也促進了摩擦學的發(fā)展。
摩擦學研究的對象很廣泛，在機械工程中主要包括動、靜摩擦，如滑動軸承、齒輪傳動、螺紋聯(lián)接、電氣觸頭和磁帶錄音頭等；零件表面受工作介質(zhì)摩擦或碰撞、沖擊，如犁鏵和水輪機轉(zhuǎn)輪等；機械制造工藝的摩擦學問題，如超精加工等；金屬成形加工、切削加工和超精加工等，其中接觸行為研究兩個固體接觸表面在受載后發(fā)生的相互作用。
表面形貌是影響接觸行為的重要因素，粗糙表面接觸行為對摩擦，磨損，潤滑和熱傳導等有著重要的影響，因而一直是摩擦學研究的重要課題之一。真實工程表面并不是完全光滑的。當兩物體相互接觸時, 真實表面實際上是微凸體間的接觸。分析真實粗糙表面間的接觸對研究摩擦、磨損和潤滑起著非常關鍵的作用。合理地描述潤滑狀態(tài)和摩擦熱邊界條件也取決于對真實接觸狀態(tài)的求解。
從微觀看，表面總是凹凸不平的，常常以波度和粗糙度（或不平度的高度和形狀）表示，稱為表面形貌。表面微觀幾何形狀是凹凸不平的，這一特性對研究摩擦學有重要意義。即使經(jīng)過磨削和拋光而制成的最光的工程表面，仍有大約100個原子間距的凹凸不平度，因此兩固體表面的接觸區(qū)總是不連續(xù)的。表面的凹凸不平使兩表面真正接觸的實際接觸面積只占名義接觸面積的很小一部分。真正決定摩擦力和磨損量的，乃是實際接觸面積的大小。
本課題研究目的在于，研究同一粗糙表面的不同尺度表面形貌模型對接觸行為、接觸特性的影響。通過對接觸問題的有限元計算所得結(jié)果的綜合分析，以及與相關文獻的對比分析，力圖得到一些有意義的結(jié)論，達到本課題研究目的。