粗糙表面間接觸行為的有限元分析（開(kāi)題報(bào)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(jī)器的壽命和可靠性，據(jù)估計(jì)，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(guó)以喬斯特博士為首的調(diào)查組的報(bào)告認(rèn)為，英國(guó)只要充分地應(yīng)用現(xiàn)有的摩擦磨損和潤(rùn)滑知識(shí)，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(kāi)展摩擦學(xué)研究對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展有著重要的作用。因此近年來(lái)，世界各工業(yè)國(guó)的摩擦學(xué)研究進(jìn)展十分迅速，對(duì)延長(zhǎng)機(jī)器的使用壽命、提高其可靠性、節(jié)約能源、減少設(shè)備的停修和維修費(fèi)用，收益很大，這也促進(jìn)了摩擦學(xué)的發(fā)展。
摩擦學(xué)研究的對(duì)象很廣泛，在機(jī)械工程中主要包括動(dòng)、靜摩擦，如滑動(dòng)軸承、齒輪傳動(dòng)、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(jī)轉(zhuǎn)輪等；機(jī)械制造工藝的摩擦學(xué)問(wèn)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?jī)蓚€(gè)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(duì)摩擦，磨損，潤(rùn)滑和熱傳導(dǎo)等有著重要的影響，因而一直是摩擦學(xué)研究的重要課題之一。真實(shí)工程表面并不是完全光滑的。當(dāng)兩物體相互接觸時(shí), 真實(shí)表面實(shí)際上是微凸體間的接觸。分析真實(shí)粗糙表面間的接觸對(duì)研究摩擦、磨損和潤(rùn)滑起著非常關(guān)鍵的作用。合理地描述潤(rùn)滑狀態(tài)和摩擦熱邊界條件也取決于對(duì)真實(shí)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(chēng)為表面形貌。表面微觀幾何形狀是凹凸不平的，這一特性對(duì)研究摩擦學(xué)有重要意義。即使經(jīng)過(guò)磨削和拋光而制成的最光的工程表面，仍有大約100個(gè)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(shí)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(shí)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(duì)接觸行為、接觸特性的影響。通過(guò)對(duì)接觸問(wèn)題的有限元計(jì)算所得結(jié)果的綜合分析，以及與相關(guān)文獻(xiàn)的對(duì)比分析，力圖得到一些有意義的結(jié)論，達(dá)到本課題研究目的。