利索能及
我要发布
收藏
专利号: 2020110620612
申请人: 淮阴工学院
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-06-16
缴费截止日期: 暂无
联系人

摘要:

权利要求书:

1.基于橡胶‑粗糙表面接触的摩擦力学建模方法,其特征在于,具体步骤包括如下:步骤(1.1)、参照DFT实际几何形状建立DFT橡胶垫的几何模型,所述几何模型的定义函数g(x)如式(1)所示:

所述DFT实际几何形状的定义如式(2)所示:

h(x)=‑g(x)+max(g(x))             (2)式中:g(x)表示定义函数,he表示最大的DFT橡胶垫厚度,x表示距离,L表示DFT橡胶垫的长度,h(x)表示DFT实际几何形状;

步骤(1.2)、利用CTM获取道路剖面图,其具体方法是:利用CTM测量路表纹理得到道路轮廓的高度值,将道路轮廓高度值作为摩擦力学模型的输入参数,计算获得DFT橡胶垫在道路滑动范围内剖面的高度构成道路剖面图;

具体的,输入参数的道路剖面高度如式(3)所示:

zj=z‑CTMj‑max(z‑CTMj)        (3)

式中:zj表示道路剖面高度,CTMj表示在单位j处CTM获得的数值;

z‑CTMj表示CTM在单位j处记录的道路剖面轮廓的真实高度值,max(z‑CTMj)表示道路剖面轮廓的最高点;

步骤(1.3)、对DFT橡胶垫在路表纹理上的滑动状态进行假定用以简化模型;

步骤(1.4)、根据DFT橡胶垫与路面接触状态确定橡胶粗糙路表接触的计算控制方程:将DFT橡胶垫离散化分成若干个小单元;用i、j表示;其中,单元i表示离散化橡胶垫的第i单元,单元j表示道路剖面的第j单元;uij表示道路剖面单元j对应的橡胶垫单元i的位移;在任何时刻t下,所述DFT橡胶垫与路面之间均发生两种情况:DFT橡胶垫与路面接触,DFT橡胶垫远离路面接触;具体的:(1.4.1)、当DFT橡胶垫与路面接触时,则单元i在该时刻t的位移uij取决于DFT橡胶垫的整体位移δ、DFT橡胶垫在单元i的几何形状hi和路面接触点的高度zj;

所述单元i与单元j之间存在接触力,DFT橡胶垫对路面的力Fij、路面的反作用力Rij和附着力FRij之间存在平衡;其公式如式(4)及(5)所示:其中:

uij(t)=δ(t)‑hi‑zj                                            (5)式中:t表示时间; 表示单元i在t时刻作用于路面的力, 表示t时刻单元i处的路面反作用力, 表示t时刻的微观纹理引起的局部粘附力,其取决于实际接触面积As中的真实剪切应力σs;K表示橡胶弹性模量,uij(t)表示t时刻单元i与单元j的接触位移,C表示阻尼粘度;μadh为粘附摩擦系数;δ(t)表示DFT橡胶垫在t时刻的整体位移;hi表示单元i的DFT橡胶垫几何形状h(x),zj表示单元j的高度;

z轴分量平衡局部法向荷载Pij如式(6)所示:

其中:

可改写为:

式中:Pij(t)表示t时刻的法向荷载,V表示DFT橡胶垫的滑动速度;将式(6)与式(5)、(7)、(8)组合得出下式,如式(9)所示:在任意时刻t中,Pij为正,DFT橡胶垫远离路面接触,如式(10)所示:Pij(t)>0                                                     (10)(1.4.2)、当DFT橡胶垫远离路面接触,则三个力Fij、Rij和FRij均为零;此时位移uij表示自由松弛;其由t‑Δt之前的本身位移及其力学特性控制;如式(11)及(12)所示:其中:

式中,t‑Δt表示时间t之前的步骤时间;

式(12)和式(13)给出DFT橡胶垫远离路面接触时的位移,其如式(14)所示:在任意时刻t,接触应力与施加在DFT橡胶垫上的总载荷相平衡,其如式(15)所示:由上述公式,确定 即在时间t在单元i的路面反作用力;其在x轴上的投影场的总和给出与衬垫运动方向相反的力;根据式(16)计算出轮廓上任何时间和任何位置的摩擦系数[μ(t)]j:对于每一个CTM路面轮廓,在衬垫走过整个CTM路面轮廓后,计算平均摩擦系数;通过总结每个[μ(t)]j的数量除以道路剖面元素,如式(17)所示:式中:μav(t)表示每个道路轮廓计算的平均摩擦系数,M表示离散道路轮廓的元素数;

步骤(1.5)、基于数值分辨率简化算法计算道路剖面的平均摩擦力;具体如下:由机械性能和DFT橡胶垫几何形状、CTM获取的道路剖面和DFT仪器工作条件通过步骤(1.2)中所述的式(3)计算橡胶在道路剖面j单元位置处单元i的位移;假定任何位移均为0,通过步骤(1.4)中所述的式(7)计算橡胶在道路剖面j单元位置处单元i的局部接触应力;假定任何负位移均为0,通过步骤(1.1)所述的式(2)重新计算相应位移;通过对全局接触长度的综合应力与DFT法向荷载进行比较,若相等则通过步骤(1.4)中所述的式(14)计算瞬时摩擦,并将所有DFT橡胶垫单元移动到剖面的下一个位置进行上述步骤;若不相等,则在道路上设置一个新的固体橡胶的渗透深度,并初始化固体橡胶在道路中的渗透深度重复循环计算;最后通过步骤(1.4)所述的式(15)计算道路剖面的平均摩擦力;

步骤(1.6)、基于双变量牛顿法数值方程测定DFT橡胶垫的特性;具体步骤如下:通过双变量牛顿法数值方程近似得出DFT橡胶特性(C,K),其中,C表示橡胶阻尼粘度,K表示橡胶弹性模量;

赋予初始对为(C0,K0),计算代码为f(C,K,V),其中,V表示DFT橡胶垫滑动速度;

具体的,需进一步解决问题,所述问题为:

f(C,K,V)‑μDFT‑V=0                                     (18)式中,μDFT‑v表示在给定的基准面上以速度V测得的DFT摩擦系数;V取值为20或60Km/h;

选择其中一个表面作为参考,将C值与K值设置为DFT橡胶特性,并将用于所有模拟,当更换DFT橡胶垫时重复执行上述表征过程。

2.根据权利要求1所述的基于橡胶‑粗糙表面接触的摩擦力学建模方法,其特征在于,在所述步骤(1.3)中,对DFT橡胶垫在路表纹理上的滑动状态进行假定用以简化模型具体是:DFT橡胶垫在路表纹理上运动时的接触参数计算难点在于接触区域内任意点的接触状态取决于整个接触状态,故对橡胶垫在路面上的运动进行假定。