【技术实现步骤摘要】
一种基于亚塑性理论的机械关节接触面本构模型创建方法
[0001]本专利技术属于机械结构动力学以及金属摩擦学领域，具体涉及一种基于亚塑性理论的机械关节接触面本构模型创建方法。
技术介绍
[0002]机械结构通常通过紧固件连接组装，如螺栓连接、铆接连接和过盈配合连接。对于单个部件，有限元分析可以准确预测响应；然而，对于装配结构来说，由于无法准确描述关节非线性行为，要准确预测响应还存在较大的挑战。在实验观测中，经常可以看到由关节非线性引起的频率偏移、幅变阻尼以及超谐波共振等特征行为。这些特性的先验知识对于设计过程中避免运行过程中的意外共振至关重要。因此，开发一种能够精确描述机械关节非线性行为的模型具有相当大的实际需求。近几十年来，机械关节的本构模型受到了广泛的关注，这些模型可以分为基于物理驱动的模型以及现象学模型两类。前者基于微凸体接触理论，并由微凸体相互作用的统计总和导出接触力，其参数依赖于粗糙表面的力学性能和统计参数。对于现象学模型，关节接触面行为由一参数化的数学公式描述，通过对实验数据的拟合可获得其参数。其中，Iwan模型因...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于亚塑性理论的机械关节接触面本构模型创建方法，其特征在于，所述创建方法包括：S1、根据亚塑性理论得到满足设定限制条件且具有滞回行为的接触面材料的亚塑性本构方程的一般形式；S2、不考虑接触面材料的面内应力及应变的条件下，将亚塑性本构方程的一般形式写为矩阵形式；S3、根据机械关节接触面的特征，由其法向力学行为的规律确定亚塑性本构方程中的与法向行为相关的系数；S4、根据机械关节接触面的特征，由其切向力学行为的规律确定亚塑性本构方程中的与切向行为相关的系数；S5、将由切法向行为确定的系数代回亚塑性本构方程最终得到描述机械关节接触面材料的本构模型。2.根据权利要求1所述的基于亚塑性理论的机械关节接触面本构模型创建方法，其特征在于，所述步骤S1的具体方法如下：将机械关节的接触面区域建模为具有厚度b，b
→
0，的连续介质，根据亚塑性理论，其本构模型通过满足如下关系的张量函数H进行定义其中，σ和ε分别为接触面材料的应力和应变，且顶标
·
表示物理量的时间导数；然后，通过对式(1)施加若干设定限制条件得到具体的方程；其中，限制1：张量函数H关于应变率为正一阶齐次其中λ是一个正的任意标量；限制2：张量函数H应满足客观性条件其中Q是正交张量；限制3：张量函数H关于接触应力齐次其中ν为一任意标量而m表示均匀性的阶次；式(2)关于λ求偏导得其中D为待确定的亚塑性本构张量，由式(2)知该张量应关于应变率零阶齐次；根据表示定理，由式(3)知张量函数H写为其中i是单位张量，系数α
i
是张量σ和dε/dt的不变量及其联合不变量的函数，i＝0,1,
…
,8；
其中I1(
·
)表示张量的第一不变量；将式(5)分解为可逆部分和不可逆部分，并由应变率的方向区分加载和卸载阶段的刚度其中表示两个张量之间的并积；对比式(8)与式(6)得到表示两个张量之间的并积；对比式(8)与式(6)得到其中系数β
n
是I1(σ)、I1(σ2)和I1(σ3)的函数，n＝0,1,
…
,14；然后，将式(9)与式(10)代入式(8)得到亚塑性本构方程的一般形式在不考虑式(11)中应力率与应力的点乘项以及所有含应力平方的项的前提下，仅保留以下各项用无量纲接触应力代替σ得其中系数χ
10
＝β
10
，χ1＝β
10
‑1β1，χ2＝β
10
‑1β2I1(σ)，χ4＝β
10
‑1β4I1(σ)，χ5＝β
10
‑1β5I
12
(σ)，χ
11
＝β
12
‑1β
11
I1(σ)，χ12＝β
10
‑1β
12
I1(σ)；设定χ1、χ2、χ4、χ5、χ
11
和χ
12
为常数。3.根据权利要求2所述的基于亚塑性理论的机械关节接触面本构模型创建方法，其特征在于，所述步骤S2中在忽略接触面材料的面内应力及应变的条件下，将亚塑性本构方程的一般形式写为矩阵形式的具体方法如下：首先，将式(13)写为矩阵形式其中tr(
·
)表示矩阵的迹，且其中σ
x
、σ
x
和τ
xy
为面内应力，τ
xz
和τ
yz
为面外剪应力，σ
z
为接触界面的法向应力，接触面材料厚度b与平均粗糙度尺寸和表面粗糙度相关，当b趋于零时...
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