本發(fā)明涉及柴油機組合式活塞頂裙螺栓粗糙結(jié)合面健康狀態(tài)評估的，特別是指一種組合式活塞頂裙螺栓粗糙結(jié)合面的磨損深度計算方法。

背景技術(shù)：

1、柴油機工作過程中，活塞頂裙螺栓結(jié)合面除了承受裝配過程中產(chǎn)生的螺栓預(yù)緊力等裝配載荷，還會承受缸內(nèi)燃燒壓力形成的周期性燃氣爆發(fā)壓力、慣性回復(fù)力、旋轉(zhuǎn)回復(fù)力等交變載荷。在這些周期性復(fù)合交變載荷的作用下，螺栓連接結(jié)合面在局部產(chǎn)生高頻的微小相對滑動。由于結(jié)合面之間的微小相對滑動處在摩擦狀態(tài)，導(dǎo)致結(jié)合面產(chǎn)生微動磨損。準確地預(yù)測活塞頂裙螺栓粗糙結(jié)合面微動磨損深度有助于評估柴油機組合式活塞頂裙螺栓粗糙結(jié)合面健康狀態(tài)。

2、針對磨損仿真預(yù)測方法，現(xiàn)有的專利如下：以中國發(fā)明專利cn106844912a為例，公開了一種用網(wǎng)格變形技術(shù)的機構(gòu)運動副磨損仿真方法，通過對接觸面劃分網(wǎng)格，利用matlab編寫adams軟件命令流結(jié)合adams動力學仿真進行計算運動副磨損深度計算。以中國發(fā)明專利cn114218815a為例，公開了一種基于abaqus的磨損仿真模擬方法，通過abaqus軟件求解界面模型并獲取磨損公式需要的變量的odb文件，再利用python語言提取文件中數(shù)據(jù)代入到磨損公式中實現(xiàn)磨損仿真預(yù)測。以中國發(fā)明專利cn117874995a為例，公開了一種基于考慮動態(tài)特性的運動機構(gòu)磨損仿真預(yù)測模型，建立矢量噴管球副部位幾何模型，利用fortran語言開發(fā)了abaqus軟件中磨損因子和摩擦系數(shù)兩個子程序，同時利用python語言實現(xiàn)了球副部位的參數(shù)化建模。上述方法是基于有限元軟件對接觸面設(shè)置求解，利用二次開發(fā)的方式預(yù)測接觸面磨損深度。然而，這些方法在建模時忽略了接觸面之間的粗糙形貌，同時基于有限元仿真的方法只能獲得特定結(jié)構(gòu)參數(shù)條件下的接觸面磨損特性，更換結(jié)構(gòu)參數(shù)需要重新建模，通用性不足且計算時間較長。

3、然而，上述專利文件公開的技術(shù)方案無法完全適用于柴油機組合式活塞頂裙螺栓結(jié)合面的特殊條件需求，柴油機燃氣缸內(nèi)爆發(fā)的壓力對組合式活塞頂裙螺栓結(jié)合面的交變載荷以及螺栓結(jié)合面的表面粗糙形貌特征尚未考慮，且面向活塞頂裙螺栓結(jié)合面的磨損深度測量實驗較為復(fù)雜。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為了解決現(xiàn)有技術(shù)存在的一個技術(shù)問題，本發(fā)明實施例提供了一種組合式活塞頂裙螺栓粗糙結(jié)合面的磨損深度計算方法，以解決現(xiàn)有的有限元仿真方法通用性不足和無法考慮粗糙形貌的問題以及實驗方法測量復(fù)雜的局限，可以精確地預(yù)測組合式活塞頂裙螺栓粗糙結(jié)合面微動磨損深度。所述技術(shù)方案如下：

2、一種組合式活塞頂裙螺栓粗糙結(jié)合面的磨損深度計算方法，包括：

3、s1、獲得組合式活塞頂裙螺栓粗糙結(jié)合面基本參數(shù)和活塞頂裙螺栓結(jié)合面受到的交變載荷；

4、s2、基于所述組合式活塞頂裙螺栓粗糙結(jié)合面基本參數(shù)和所述活塞頂裙螺栓結(jié)合面受到的交變載荷，構(gòu)建活塞頂裙螺栓粗糙結(jié)合面接觸非均勻壓力分布模型；

5、s3、根據(jù)所述活塞頂裙螺栓粗糙結(jié)合面接觸非均勻壓力分布模型推導(dǎo)活塞頂裙螺栓粗糙結(jié)合面的切向微滑移長度；

6、s4、根據(jù)所述活塞頂裙螺栓粗糙結(jié)合面接觸非均勻壓力分布模型和所述活塞頂裙螺栓粗糙結(jié)合面的切向微滑移長度，預(yù)測交變載荷作用下組合式活塞頂裙螺栓粗糙結(jié)合面微動磨損深度。

7、可選地，所述s2的活塞頂裙螺栓粗糙結(jié)合面接觸非均勻壓力分布模型的公式為公式（1）：

8、；（1）

9、其中，為已獲得的交變載荷幅值；

10、α為表征不同壓力函數(shù)的非負系數(shù)(α≥0)，α=0對應(yīng)于均勻的壓力分布，α＞0對應(yīng)于非均勻的壓力分布；

11、lb為活塞頂裙螺栓粗糙結(jié)合面等效梁的長度；

12、x為活塞頂裙螺栓粗糙結(jié)合面等效梁的不同位置；

13、壓力分布函數(shù)p(x)滿足，n0為螺栓預(yù)緊力，s為接觸區(qū)域。

14、可選地，所述s3的根據(jù)所述活塞頂裙螺栓粗糙結(jié)合面接觸非均勻壓力分布模型推導(dǎo)活塞頂裙螺栓粗糙結(jié)合面的切向微滑移長度包括：

15、s301、建立剪切層模型，其中，所述剪切層模型為一維矩形梁受切向載荷ft激勵，所述一維矩形梁的長度為lb，所述一維矩形梁的橫截面積為a，所述剪切層模型的彈性模量為e；

16、s302、基于所述剪切層模型，得到當所述一維矩形梁發(fā)生滑移時對應(yīng)的整體的滑移狀態(tài)的位移，和，當所述一維矩形梁未發(fā)生滑移時的粗糙界面位移；

17、s303、根據(jù)所述當所述一維矩形梁發(fā)生滑移時對應(yīng)的整體的滑移狀態(tài)的位移和所述當所述一維矩形梁未發(fā)生滑移時的粗糙界面位移，得到活塞頂裙螺栓粗糙結(jié)合面的切向微滑移長度。

18、可選地，所述剪切層模型的公式為公式（2）：

19、；（2）

20、其中，u為離梁左端距離為x的點的位移；

21、μ為剪切層服從庫侖摩擦定律且摩擦系數(shù)；

22、kt為切向接觸剛度；

23、l1為滑移區(qū)長度。

24、可選地，所述s302中的當所述一維矩形梁發(fā)生滑移時對應(yīng)的整體的滑移狀態(tài)的位移的公式為公式（3）：

25、；（3）

26、所述s302中的當所述一維矩形梁未發(fā)生滑移時的粗糙界面位移的公式為公式（4）：

27、；（4）

28、為無量綱位置坐標，表示為，定義為左端彈簧相對于梁抗壓剛度的無量綱剛度，表示為，定義為剪切層切向接觸剛度與梁抗壓剛度的比值。

29、可選地，所述剪切層切向接觸剛度與梁抗壓剛度的比值λ的公式為公式（5）：

30、；（5）

31、其中，g為剪切模量，he為材料硬度，β為無量綱附著區(qū)長度，n為微凸體接觸數(shù)量，an為名義接觸面積，σr為微凸體高度分布的標準差，σrs為表面高度的標準差，zn為微凸體高度，fs為微凸體接觸載荷。

32、可選地，所述303中的活塞頂裙螺栓粗糙結(jié)合面的切向微滑移長度：

33、；（6）

34、其中，u(x)為粗糙界面有滑移時位移量，ue(x)為粗糙界面無滑移時位移量。

35、可選地，所述s4的根據(jù)所述活塞頂裙螺栓粗糙結(jié)合面接觸非均勻壓力分布模型和所述活塞頂裙螺栓粗糙結(jié)合面的切向微滑移長度，預(yù)測交變載荷作用下組合式活塞頂裙螺栓粗糙結(jié)合面微動磨損深度包括：

36、計算當粗糙界面微凸體峰頂被磨損掉時且應(yīng)力達到微凸體材料的屈服極限，接觸界面有n個峰頂被磨損掉，初始預(yù)緊力w與屈服極限s的關(guān)系為公式（7）：

37、；（7）

38、其中，為微凸體材料的屈服極限，ac為微凸體半徑，sc為微凸體凸起在磨損過程中的最大接觸面積；

39、基于初始預(yù)緊力，當接觸界面滑動長度l后，archard磨損計算模型為公式（9）：

40、；（9）

41、q0為磨損體積，k為磨損因子，h為硬度；

42、基于公式（7）和公式（9）得到交變載荷作用下組合式活塞頂裙螺栓粗糙結(jié)合面微動磨損深度，所述交變載荷作用下組合式活塞頂裙螺栓粗糙結(jié)合面微動磨損深度的預(yù)測公式為公式（12）：

43、；（12）

44、其中，d(x)為螺栓粗糙結(jié)合面相對滑動長度，t為滑移時間，h為磨損深度。

45、可選地，所述微凸體材料的屈服極限的公式為公式（8）：

46、；（8）

47、所述archard磨損計算模型的增量模式的公式為公式（10）：

48、；（10）

49、其中，;;；v為界面相對滑移速度，p為非均勻壓力分布。

50、基于公式（8）至公式（10），得到公式（11）包括：

51、：（11）。

52、本發(fā)明實施例提供的技術(shù)方案帶來的有益效果至少包括：

53、本發(fā)明提供的活塞頂裙螺栓粗糙結(jié)合面微動磨損深度預(yù)測方法，考慮了活塞頂裙螺栓結(jié)合面粗糙形貌特征和交變載荷下活塞頂裙螺栓粗糙結(jié)合面非均勻壓力分布，解決了現(xiàn)有的有限元仿真的局限性和實驗測量方法的復(fù)雜性。

54、本發(fā)明對活塞頂裙螺栓粗糙結(jié)合面微動磨損深度預(yù)測結(jié)果精確，為柴油機組合式活塞頂裙螺栓粗糙結(jié)合面健康狀態(tài)評估提供基礎(chǔ)。