(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210814003.3 (22)申请日 2022.07.11 (71)申请人 武汉大学 地址 430072 湖北省武汉市武昌区珞珈山 街道八一路2 99号 (72)发明人 孙韵韵　余欣　李鸿光　 (74)专利代理 机构 武汉科皓知识产权代理事务 所(特殊普通 合伙) 42222 专利代理师 罗敏清 (51)Int.Cl. G06F 30/17(2020.01) G06F 30/23(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 点接触混合弹流润滑油膜厚度的确定方法 (57)摘要 本发明提供一种点接触混合弹流润滑油膜 厚度的确定方法， 包括： 测量形成点接触的第一 物体与第二物体的三维轮廓高度， 依据轮廓高度 计算油膜初始厚度h0， 并根据外加载荷F设定油 膜的初始压力分布p0(x,y)； 根据h0和p0(x,y)推 导润滑油膜厚度方程， 再引入表征油膜厚度与压 力之间关系的Reynolds方程， 对膜厚方程和 Reynolds方程进行无量纲化在进行离散； 根据步 骤2计算接触界面每个节点的油膜厚度h和压力 p， 从而计算固体部分的真实接触面积； 根据得到 的真实接触面积， 计算固体接触力Fs和混合润滑 界面总接触力Fn； 判定计算载荷Fn和外加载荷F 之间是否满足收敛条件， 如不满足， 则进行更新 直到载荷收敛， 最终得到点接触混合润滑界面的 油膜厚度分布。 本发明计算的油膜厚度精度高。 权利要求书3页 说明书8页 附图2页 CN 115310218 A 2022.11.08 CN 115310218 A 1.一种点接触混合弹流润滑油膜厚度的确定方法， 其特 征在于， 包括 步骤如下： S1： 测量形成点接触的第一物体与第二物体的三维轮廓高度， 其中， 第 一物体为具有曲 面的物体， 根据得到的三维轮廓高度建立粗糙表面的轮廓高度函数， 再依据轮廓高度函数 计算油膜初始厚度h0， 并根据外加载荷F设定油膜的初始压力分布p0(x,y)； S2： 计算初始压力下的润滑油粘度 η和密度ρ， 并根据油膜初始厚度h0和初始压力分布p0 (x,y)推导润滑油膜厚度方程， 再根据计算的润滑油粘度 η、 密度ρ 以及油膜厚度方程引入表 征油膜厚度与压力之间关系的Reynol ds方程， 对膜厚方程和Reynolds方程进行无量纲化， 并通过有限差分法离 散化无量纲化后的方程； S3： 根据步骤2的膜厚方程计算接触界面每个节点的油膜厚度h， 并根据步骤2离散化后 的无量纲化方程计算接触界面每个节点的压力p， 得到混合弹流润滑油膜厚度分布h(x,y) 和压力分布p(x,y)， 并根据压力分布p(x,y)计算固体接触节 点占总节 点数的比例 λ， 从而 得 到固体部分的真实接触面积； S4： 根据步骤3 得到的真实接触面积， 计算单个粗糙峰的最大接触面积aL， 再结合最大接 触面积aL计算固体接触力Fs， 根据固体接触力和液体接触力得到混合润滑界面总接触力Fn； S5： 判定计算载荷Fn和外加载荷F之间是否满足收敛条件， 如不满足， 则根据计算载荷Fn 修正油膜初始厚度h0和油膜压力分布p0(x,y)， 迭代计算直到载荷收敛， 最终得到点接触混 合润滑界面的油膜厚度分布h(x,y)。 2.根据权利要求1所述的点接触混合弹流润滑油膜厚度的确定方法， 其特征在于， 步骤 1具体包括： 采用测量仪器获得第一物体和第二物体的三维轮廓高度， 建立接触界面的自相关函 数， 对自相关函数进行傅氏变换得到真实表面轮廓的功率谱， 建立功率谱函数与 空间频率 的双对数坐标， 对功率和空间频率散点进行拟合得到拟合直线的斜率与截距， 从而计算粗 糙表面的分形维数D和分形粗 糙度G 式中， k为拟合直线的斜 率， b为拟合 直线的截距； 基于分形理论建立 粗糙表面的轮廓高度函数： 式中， L表示样品长度； γ表示尺度参数； M表示生成表面的叠加峰个数， n表示频率因 子， nmax＝int[log(L/Ls)/logγ]； Ls表示截断长度； φm,n表示随机相位， x、 y分别表示表面的 横纵坐标； 考虑粗糙面在不同尺度下的自相 似分形特征， 点接触混合弹流润滑油膜的初始厚度h0 为：权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115310218 A 2式中， An表示界面的名义接触面积， 即不考虑微观粗糙形貌时的几何面积； zs(x,y)表示 上表面轮廓高度函数， zf(x,y)表示下表面轮廓高度函数。 3.根据权利要求1所述的点接触混合弹流润滑油膜厚度的确定方法， 其特征在于， 步骤 1中， 在外加载荷F作用下， 设定的油膜初始压力分布p0(x,y)为： 式中， R表示第一物体的半径， E表示等效弹性模量， υs、 Es 分别对应表示球 体的泊松比、 弹性模量， υf、 Ef分别对应表示平板的泊松比和弹性模量。 4.根据权利要求1所述的点接触混合弹流润滑油膜厚度的确定方法， 其特征在于， 根据 步骤1得到得油膜初始厚度h0和初始压力p0， 推导考虑微观粗糙分形特征的润滑油膜厚度理 论表达式为： 式中， x和y表示速度方向和垂直于速度 方向的坐标变量， R表示第一物体的半径， E表示 等效弹性模量， zs(x,y)表示上表面轮廓高度函数， zf(x,y)表示下表面轮廓高度函数， ξ和 ζ 分别表示x轴和y轴上的任意 点， p( ξ, ζ )表示 坐标为( ξ, ζ )处的压强。 5.根据权利要求4所述的点接触混合弹流润滑油膜厚度的确定方法， 其特征在于， 步骤 2中， 根据计算的润滑油粘度 η和密度ρ 以及油膜厚度方程引入表征油膜厚度与压强之间关 系的Reyn olds方程， 并对膜厚方程和Reyn olds方程进行 无量纲化： 式中， 表示无量纲化后的密度， 表示无量纲化后 的粘度， H表示无量纲油膜厚度， E ′表示等效弹性模量， 表示等效曲率半径的三次方， a、 b 均为系数； U表示无量纲速度； P表示无量纲压力； pH表示最大Hertz接触力； W表示无量纲载 荷参数， X、 Y分别对应为无量纲化后的x、 y； 对无量纲化后的方程取边界条件为： 式中， X0为计算区域的起始坐标值， Xe为计算区域的终止坐标值。权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115310218 A 3