以核反应堆系统中的安全阀密封结构为研究对象,建立了基于多孔介质理论的密封结构粗糙表面三维模型,采用Darcy定律推导了密封结构泄漏率的计算公式,研究了粗糙度、自相关长度、密封比压对表面特征的影响,以及粗糙度、密封面接触宽度对泄漏率的影响。结果表明,粗糙度与密封性能并非是线性关系,仅以粗糙度作为密封性能的评价指标是有局限性的;在粗糙度一定的情况下,自相关长度也会对密封界面孔隙率、渗透率产生影响,从而影响安全阀的密封性能;密封比压减小导致接触高度增大,使得阀座阀瓣间的孔隙率迅速增大,造成密封结构的渗漏特性增强;粗糙度的增大使得泄漏率呈非线性增大趋势,密封面接触宽度的增加使泄漏率线性减小。

在微观尺度下的静密封界面表面形貌是粗糙不平的,两粗糙表面上的微凸体在载荷作用下会接触形成孔隙;随着接触压力的减小或观察尺度的增加,当孔隙增加到一定数量时孔隙之间会相互连通形成泄漏通道,影响密封性能。现有的粗糙表面密封分析基于均化思想、逾渗理论和多孔介质思想等方法建立泄漏通道模型,考虑表面粗糙度、表面纹理以及表面载荷等对密封性能的影响。对现有的粗糙表面间密封性能的研究现状进行综述,分析现有的粗糙表面密封研究方法存在的不足之处,指出粗糙表面间密封研究可能的方向,为进一步研究粗糙表面密封机制提供了参考。

针对机器人减速器传动界面广泛存在的粗糙表面接触特性开展相关研究。以GW接触模型为基础,考虑粗糙峰接触过程中相互作用的影响,对它进行修正得到新的模型。采用修正模型计算粗糙表面接触载荷并推导出接触刚度,然后与原始GW接触模型的计算结果进行对比。在进一步的研究中,讨论了不同表面粗糙度与不同接触表面材料对接触载荷与接触刚度的影响。结果表明:粗糙表面接触参数不仅受粗糙峰相互作用的影响,还与粗糙度与接触表面材料有密切的联系

运用分形理论对滑动轴承粗糙表面进行模拟，研究粗糙表面对其膜厚、压力以及承载力的影响。进一步模拟两向异性粗糙表面，比较轴承圆周及轴向方向上粗糙表面对轴承承载及摩擦性能的影响。结果表明：在一定载荷下，轴瓦表面分形维数越小，尺度系数越大，则轮廓幅值越大，表面轮廓越简单，越难形成润滑膜；表面轮廓幅值对润滑膜压力影响明显，幅值越大，润滑膜压力分布越不平滑，润滑性能越差；表面分形维数越小．特征粗糙度值越大，则承载力越低，摩擦力越大，且圆周方向上的分形维数以及特征粗糙度的影响要比轴线方向的影响大。

由于载荷、接触几何、粗糙表面、热效应等因素的影响，分析不同工作条件下滤波减速器转臂轴承工作界面润滑状态较为困难。为了研究转臂轴承润滑性能，建立转臂轴承的热弹流混合润滑模型。以静力学和运动学建立滤波减速器转臂轴承（球滚动体一滚动轴承）力学模型，结合点接触热弹流混合润滑理论建立轴承热弹流润滑模型，使用离散卷积快速傅里叶变换方法求解弹性变形和表面温升，使用有限差分法求解雷诺方程和能量方程，分析轴承接触副物理尺寸、载荷、卷吸速度和接触副粗糙表面等外部工况对轴承润滑特性以及表面下应力的影响。从数值模拟结果中可以看出：较大滚动体半径有益于轴承润滑油膜形成，提高轴承的承载能力；不同的机械加工表面下接触副平均膜厚和温度随转速和滑滚比变化趋势相同；轴承接触副润滑状态从混合润滑...

基于分形几何理论,利用双变量的Weierstrass-Mandelbrot函数模拟三维分形粗糙表面,建立了三维分形粗糙表面弹塑性接触模型。推导出各等级微凸体发生弹性、弹塑性以及完全塑性变形的存在条件。确定了粗糙表面上各等级微凸体的面积分布密度函数,获得了总接触载荷和真实接触面积之间的关系式。计算结果表明：单个微凸体的临界接触面积与其尺寸相关,随着微凸体等级的增大,微凸体的高度和峰顶曲率半径减小。微凸体的变形顺序为弹性变形、弹塑性变形和完全塑性变形,与经典的赫兹模型保持一致。粗糙表面的力学性能仅与最小等级及后续的6个等级微凸体相关,其余微凸体基本上对整个粗糙表面的力学性能影响很小。最后对粗糙表面的接触力学性能进行了试验测试,验证了该模型的合理性与正确性。

为准确计算高速轮轨粗糙表面法向和切向接触刚度，基于W-M函数分形理论建立高速轮轨表面粗糙度三维数值模型；分析轮轨法向和切向接触刚度理论，运用有限元法离散轮轨接触面建立轮轨粗糙表面接触有限元简化模型：基于罚函数的面一面接触算法定义轮轨接触，加载位移载荷计算轮轨法向和切向接触网0度。计算结果表明：接触载荷作用下考虑轮轨表面粗糙度可更为准确地计算法向和切向接触刚度；轮轨法向接触刚度受法向载荷影响较大，且随着法向载荷的增加而增加，而摩擦因数对法向接触刚度的影响甚微；轮轨切向接触刚度随着法向载荷和摩擦因数的增加而增加。随着切向载荷的增加而减小。

为了克服基于统计学参数的接触模型的尺度依赖性以及现有接触分形模型推导过程中初始轮廓表征受控于接触面积或取样长度的不足,基于粗糙表面轮廓分形维数D、尺度系数G和最大微凸体轮廓基底尺寸l,建立了新的粗糙表面接触分形模型,探讨了微凸体变形机制、粗糙表面的真实接触面积和接触载荷的关系,揭示了接触界面的孔隙率和真实接触面积随端面形貌、表面接触压力等参数变化的规律,给出了不同形貌界面被压实的最大变形量.结果表明微凸体变形从弹性变形开始,并随着平均接触压力pm的增大逐步向弹塑性变形和完全塑性变形转变;接触界面的初始孔隙率0随D的增大而增大,压实孔隙所需要的最大变形量δ也随之增大;接触压力pc增大,孔隙率减小,并随着D的增大和G减小,快速减小,直至填实,变为零;D较小时,G的增大对真实接触面积的增大影响较小;D较大...

基于分形理论,建立了粗糙表面加卸载接触力学模型,推导出了单个微凸体弹性、弹塑性以及塑性变形的存在条件,获得了对应条件下微凸体加、卸载的力学表达式。根据加载终点与卸载起点真实接触面积和总接触载荷不变规则,对传统的微凸体面积密度分布函数进行变换,分别给出了加、卸载接触过程中不同频率指数微凸体的面积密度分布函数,最终得到了加、卸载接触过程中粗糙表面真实接触面积与总接触载荷之间的关系。结果表明在一个加、卸载接触循环内,粗糙表面加、卸载接触的力学性质取决于微凸体频率指数的范围;当微凸体的最小频率指数[WTBX]nmin与临界弹性频率指数nec的关系满足nmin+5≤nec时,粗糙表面在整个加卸载接触过程中呈现弹性性质;当nmin>nec、接触下压量大于微凸体自身临界下压量发生弹塑性变形时,在相同的总接触载荷条件下,卸载过程...

为了研究粗糙表面微凸体对混合弹流润滑区摩擦学特性的影响,建立了考虑粗糙表面微凸体的弹流润滑数学模型,可呈现粗糙表面的局部接触状态。通过生成虚拟粗糙表面,分别利用K-E弹塑性接触模型和平均流量雷诺方程计算微凸体接触压力与流体动压力,并且利用快速傅里叶变换技术计算基体的弹性变形量;通过绘制润滑系统的Stribeck曲线,研究了虚拟微凸体、名义载荷、综合粗糙度和微凸体曲率半径对弹流润滑摩擦学特性的影响。结果表明微凸体的接触压力产生基体弹性变形,使膜厚增加,导致流体动压力减小,微凸体承载比和摩擦因数增大;名义载荷增加导致低速时摩擦因数变小,润滑状态在更低速条件下从边界润滑过波到混合润滑;综合粗輕度的减小会使Stribeck曲线向左移动;微凸体曲率半径的增大仅使润滑状态加快从边界润滑过波到混合润滑,然而对从混合...