运用分形接触理论,分析得到了轮盘结合面切向刚度模型,通过轮盘表面材料性能参数、拉杆转子法向载荷、切向载荷及轮盘表面的分形参数来得到轮盘结合面的切向接触刚度,对其变化规律进行数值仿真,并通过试验进行验证。研究结果表明在定性理论模型上,分形接触理论是正确的,但分形理论有其适用范围,适用于粗糙度较小、拉杆转子法向载荷较大的模型;在试验方面很好地补充了分形接触理论的适用环境。

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。

针对粗糙表面微凸体的多样性引起的接触切向刚度的变化,提出粗糙表面切向接触刚度概率分析方法.基于Hertz理论和GW模型,考虑微凸体接触半径与高度均服从正态分布,得到各自的概率密度函数.运用接触力学和统计学原理,计算粗糙表面微凸体的个数,建立粗糙表面切向接触刚度的概率统计模型.采用控制变量法,研究外界载荷、摩擦系数和统计参数对切向接触刚度的影响,与同种工况下分形模型的计算结果与实验结果进行对比.研究结果表明粗糙表面切向接触刚度与法向载荷和摩擦系数成正相关,与切向载荷成负相关;微凸体之间高度或接触半径的正态分布标准差越小,切向接触刚度越大.这与同条件下分形模型及实验得到的结果趋势相一致.