分形表面加卸载法向接触刚度演变行为分析

针对分形粗糙表面加卸载过程中法向接触刚度的演变问题,依据改进的Weierstrass-Mandelbrot(W-M)函数生成分形粗糙表面数字化模型,引入基于时间历程的变形修正量等效金属基体形变的影响,建立精确的刚性平面与分形表面弹塑性接触有限元模型.探讨分形维数、尺度参数、材料属性等对法向接触刚度的影响,提出加卸载时法向接触刚度评价方法并进一步分析其演变规律.数值模拟表明:分形表面法向接触刚度与载荷之间符合正相关的幂律函数关系;相同载荷下,分形维数D为2.4～2.7,尺度参数G为1.36×10-13～1.36×10-10m时,加载时法向接触刚度随着分形维数、切线模量的增大而增大,随着尺度参数的增大而减小;卸载时法向接触刚度随着材料应变硬化而增大,变化幅度与分形维数正相关,与尺度参数和切线模量负相关.