基于三维粗糙表面的结合部接触热阻研究

来源 :西安理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:Nuangfeng0915
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当两个零件表面相互接触时,实际接触仅发生在一些离散点或微小面积上,其余的间隙部分是真空或填充介质(例如空气、水和油脂等)。由于间隙介质的导热系数与零件导热系数一般相差较大,粗糙表面间不完全接触造成的热流收缩会引起接触面附近热流发生变化,形成接触换热的附加阻力,即接触热阻(Thermal Contact Resistance,简称TCR),其定义是零件接触界面温差与热流密度之比。  接触热阻主要与接触面的表面特性(如粗糙度等)、面压等因素密切相关,所以本课题主要以粗糙表面模型为研究对象,应用有限元分析软件,着重从接触方面考虑载荷对接触面积的影响,进而得到接触热阻与面压的关系。  本文主要从以下几个方面展开研究:  (1)利用三维轮廓测量仪获取加工零件的三维粗糙表面形貌数据,对数据进行相应预处理后,重构粗糙表面三维实体模型,结果表明:基于APDL的逆向参数化建模和参数化分析方法,可以建立粗糙表面实体模型。并运用有限元软件对模型进行分析,得到接触面积与载荷之间的关系。研究表明:接触面积与载荷之间存在一定的函数关系;  (2)基于接触热阻的产生机理,采用蒙特卡洛算法对在不同表面形貌下的接触热阻进行计算,结果表明:随着粗糙度的增大,接触热阻呈增大的趋势,反之,亦然;随着载荷的增大,接触热阻呈减小的趋势;  (3)将热分析相关理论与接触热阻产生机理相结合,在考虑间隙有填充物时,应用ANSYS热—结构耦合模块,对所建模型首先进行了热分析,得到了温度场分布云图;其次,将得到的温度场计算结果导入结构场,对结合部进行接触分析。将两者计算结果相结合,得到面压与接触热阻的关系,将其与相关实验结果进行了分析比对。对比表明:两者的变化趋势一致。
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