本发明专利技术提供了一种粗糙表面法向接触刚度计算方法，包括：基于随机数值矩阵和粗糙表面自相关特性生成一个满足Gauss分布的粗糙表面；基于粗糙表面生成三维粗糙表面几何模型；对三维粗糙表面几何模型进行网格划分得到网格化的粗糙表面模型；获取约束边界条件和载荷边界条件并进行求解计算，得到粗糙表面上不同位移下的平均接触压力和平均变形量；基于不同位移下的平均接触压力和平均变形量，拟合生成接触面法向的平均变形量与平均接触压力的关系；基于接触面法向的平均变形量与平均接触压力的关系，得到粗糙表面的法向接触刚度。该方法能够考虑安装边接触面粗糙度的影响，定量计算出粗糙表面法向接触刚度随接触压力的变化，计算结果准确可靠。计算结果准确可靠。计算结果准确可靠。
【技术实现步骤摘要】
一种粗糙表面法向接触刚度计算方法、系统及存储介质
[0001]本专利技术涉及航空发动机领域，更具体地涉及一种粗糙表面法向接触刚度计算方法、系统及存储介质。
技术介绍
[0002]航空发动机是一个复杂的机械装配体，包含着众多相互接触的零件组成的“机械结合面”，机匣螺栓连接安装边结构就是典型的机械接合面。机械结合面之间的接触并非光滑的面与面接触，而是由许多微凸体之间的相互接触构成，这导致两个粗糙表面接触时的实际接触面积总是不同于理论上的接触面积，这些微凸体的刚度总和就称为接触刚度。
[0003]在航空发动机中，这种结合面分布广泛，因此，准确计算其接触刚度对航空发动机整机稳定性及动力特性分析至关重要。因此，有必要提供一种粗糙表面法向接触刚度计算方法、系统及存储介质。
技术实现思路
[0004]本说明书实施例公开了一种粗糙表面法向接触刚度计算方法，包括如下步骤：
[0005]步骤S1.基于随机数值矩阵和粗糙表面自相关特性，生成一个满足Gauss分布的粗糙表面；
[0006]步骤S2.基于所述粗糙表面，生成三维粗糙表面几何模型；
[0007]步骤S3.对所述三维粗糙表面几何模型进行网格划分，得到网格化的粗糙表面模型；
[0008]步骤S4.获取所述粗糙表面模型的约束边界条件和载荷边界条件，并进行求解计算，得到所述粗糙表面上不同位移下的平均接触压力和平均变形量；
[0009]步骤S5.基于不同位移下的所述平均接触压力和所述平均变形量，拟合生成接触面法向的所述平均变形量与所述平均接触压力的关系；
[0010]步骤S6.基于接触面法向的所述平均变形量与所述平均接触压力的关系，得到所述粗糙表面的法向接触刚度。
[0011]在一些实施例中，步骤S1包括：
[0012]步骤S11.生成一个随机数值矩阵；
[0013]步骤S12.根据粗糙表面自相关特性，将所述随机数值矩阵进行二维数字滤波，得到满足Gauss分布且具有指数自相关特性的数值的粗糙表面。
[0014]在一些实施例中，所述随机数值矩阵满足如下公式：
[0015][0016]其中，p(z)为粗糙表面上各点的高度概率密度函数，z为粗糙表面上任意一点与基准线之间的距离。
[0017]在一些实施例中，所述随机数值矩阵还满足如下公式：
[0018][0019]其中，p(τ)为粗糙表面上任意两点的相关性，τ
x
、τ
y
分别为任意两点在x，y方向上距离，σ为粗糙表面的粗糙度值，T为粗糙表面上的自相关长度。
[0020]在一些实施例中，步骤S2包括：
[0021]步骤S21.将所述粗糙表面的点云导入三维建模软件中拟合生成一个实体表面；
[0022]步骤S22.将所述实体表面沿z轴正方向拉伸得到三维粗糙表面模型；
[0023]步骤S23.重复步骤S21和步骤S22，再建立沿z轴负向拉伸的三维粗糙表面模型，使得两个粗糙表面相互接触，即可得到三维粗糙表面几何模型。
[0024]在一些实施例中，步骤S3中，采用非结构四面体网格的有限元法对所述三维粗糙表面几何模型进行网格划分，得到网格化的粗糙表面模型。
[0025]在一些实施例中，步骤S5中，所述平均变形量与所述平均接触压力的关系如下公式所示：
[0026]δ＝cp
m
；
[0027]其中，c、m为影响结合面法向变形量的待定系数，δ为接触面法向的平均变形量，p为接触面法向的平均接触压力。
[0028]在一些实施例中，步骤S6中，根据步骤S5得到的所述平均变形量与所述平均接触压力的关系公式，对关系公式两端同时对接触面法向的平均变形量δ求导，得到法向接触刚度与平均接触压力的关系，如下公式所示：
[0029][0030]其中，k为法向接触刚度，c、m为影响结合面法向变形量的待定系数，δ为接触面法向的平均变形量，p为接触面法向的平均接触压力，α、β为系数，会根据c、m的变化而变化。
[0031]本说明书实施例还公开了一种系统，包括：
[0032]数据获取模块，用于获取与粗糙表面法向接触刚度计算相关的数据；
[0033]存储器，用于存储与粗糙表面法向接触刚度计算相关的数据；
[0034]三维建模模块，用于建立三维粗糙表面几何模型；
[0035]网格划分模块，用于对三维粗糙表面几何模型进行网格划分；
[0036]存储介质，存储有用于进行粗糙表面法向接触刚度计算的计算机指令；
[0037]处理器，分别与所述存储器和所述存储介质通信，执行所述计算机指令并控制所述数据获取模块、所述三维建模模块和所述网格划分模块工作，以实现如上所述的粗糙表面法向接触刚度计算方法。
[0038]本说明书实施例还公开了一种计算机可读存储介质，所述存储介质存储计算机指令，当计算机读取所述计算机指令时，所述计算机执行如上所述的粗糙表面法向接触刚度计算方法。
[0039]本说明书实施例至少可以实现以下有益效果：
[0040]1、本说明书一些实施例能够考虑安装边接触面粗糙度的影响，定量计算出粗糙表面法向接触刚度随接触压力的变化，计算结果准确可靠，可用于粗糙接触面的接触刚度计
算，能为航空发动机机匣安装边的刚度分析和结构优化提供理论依据与技术指导，对航空发动机的性能评估有巨大的帮助；
[0041]2、通过仿真计算的方式解决航空发动机机匣上的粗糙表面法向接触刚度，而不需要实际制造实际产品来进行验证，可以节省原材料，降低研发成本。
附图说明
[0042]图1为本说明书一些实施例中所涉及的系统的应用场景图。
[0043]图2为本说明书一些实施例中所涉及的处理设备的模块示意图。
[0044]图3为本说明书一些实施例中所涉及的粗糙表面法向接触刚度计算方法的步骤示意图。
[0045]图4为本说明书一些实施例中所涉及的粗糙表面形貌特征模拟图。
[0046]图5为本说明书一些实施例中所涉及的粗糙表面优化对比图。
[0047]图6为本说明书一些实施例中所涉及的三维粗糙表面几何模型。
[0048]图7为本说明书一些实施例中所涉及的网格化的粗糙表面模型。
[0049]图8为本说明书一些实施例中所涉及的约束边界条件和载荷边界条件的施加位置示意图。
[0050]图9为本说明书一些实施例中所涉及的粗糙表面接触压力分布图。
[0051]图10为本说明书一些实施例中所涉及的法向接触刚度随接触压力变化的曲线图。
[0052]图11为本说明书一些实施例中所涉及的基准线的示意图。
[0053]附图标记：
[0054]100、处理设备；101、处理器；102、数据获取模块；103、三维建模模块；104、网格划分模块；
[0055]110、存储器；120、输入设备；130、网络；140、显示器。
具体实施本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种粗糙表面法向接触刚度计算方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤S1.基于随机数值矩阵和粗糙表面自相关特性，生成一个满足Gauss分布的粗糙表面；步骤S2.基于所述粗糙表面，生成三维粗糙表面几何模型；步骤S3.对所述三维粗糙表面几何模型进行网格划分，得到网格化的粗糙表面模型；步骤S4.获取所述粗糙表面模型的约束边界条件和载荷边界条件，并进行求解计算，得到所述粗糙表面上不同位移下的平均接触压力和平均变形量；步骤S5.基于不同位移下的所述平均接触压力和所述平均变形量，拟合生成接触面法向的所述平均变形量与所述平均接触压力的关系；步骤S6.基于接触面法向的所述平均变形量与所述平均接触压力的关系，得到所述粗糙表面的法向接触刚度。2.如权利要求1所述的粗糙表面法向接触刚度计算方法，其特征在于，步骤S1包括：步骤S11.生成一个随机数值矩阵；步骤S12.根据粗糙表面自相关特性，将所述随机数值矩阵进行二维数字滤波，得到满足Gauss分布且具有指数自相关特性的数值的粗糙表面。3.如权利要求2所述的粗糙表面法向接触刚度计算方法，其特征在于，所述随机数值矩阵满足如下公式：其中，p(z)为粗糙表面上各点的高度概率密度函数，z为粗糙表面上任意一点与基准线之间的距离。4.如权利要求3所述的粗糙表面法向接触刚度计算方法，其特征在于，所述随机数值矩阵还满足如下公式：其中，p(τ)为粗糙表面上任意两点的相关性，τ
x
、τ
y
分别为任意两点在x，y方向上距离，σ为粗糙表面的粗糙度值，T为粗糙表面上的自相关长度。5.如权利要求1所述的粗糙表面法向接触刚度计算方法，其特征在于，步骤S2包括：步骤S21.将所述粗糙表面的点云导入三维建模软件中拟合生成一个实体表面；步骤S22.将所述实体表面沿z轴正方向拉伸得到三维粗糙表面模型；步骤S23.重复步骤S21和步骤S22，直至建立一个沿Z轴负方向拉伸的三维粗糙表面实体，...
【专利技术属性】
技术研发人员：艾延廷，解松霖，刘俊男，田晶，刘玉，姚玉东，
申请(专利权)人：沈阳航空航天大学，
类型：发明
国别省市：
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