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界面力学驱动的机械系统:接触机理与设计优化

本书立足于高性能装备设计的理论前沿,以界面微观形貌的表征为逻辑起点,深度融合了Persson多尺度接触力学理论、功率谱密度分析方法及跨尺度数值分析技术,旨在揭示复杂工况下机械界面从微观力学响应到宏观系统功能映射的内在机制。本书重点论述了多尺度接触力学的理论体系,详细介绍了基于分形几何的表面特征提取方法,提出了牵引式传动界面的零自旋设计理论与母线重构设计方法,并构建了基于特征矩阵的HMCVT构型综合设计分析体系;同时,针对工业领域关键的流体密封问题,本书系统展示了轨道球阀跨尺度密封性能的数值预测模拟与校验过程。本书将理论模型、计算算法与工程实践紧密结合,不仅包含了详尽的数学模型推导,还使用基于Python开发的接触比压重构、形貌功率谱分析等实用研究工具,并结合大量试验数据进行了实证分析。
本书可供从事机械动力传动、精密密封设计及界面力学分析的科研人员与工程技术人员参考,也可供高等院校机械工程、车辆工程及相关力学专业的在校师生参考。

封面
书名页
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前言
目录
第1章 绪论
 1.1 高性能机械系统界面力学研究背景与意义
 1.2 界面力学行为的物理本质与功能映射
 1.3 典型界面驱动型机械装备研究现状及其技术瓶颈
  1.3.1 牵引传动的研究现状与性能制约
  1.3.2 阀门金属密封的研究现状与性能制约
 1.4 机理驱动的正向设计范式及其战略价值
第2章 接触力学基础:从经典模型到多尺度表征
 2.1 经典接触力学理论
  2.1.1 赫兹接触力学模型
  2.1.2 随机粗糙表面的统计力学描述
 2.2 粗糙表面的多尺度几何特征
 2.3 基于扩散方程的界面接触多尺度演算理论
  2.3.1 界面压力的多尺度分化及其随机过程本质
  2.3.2 压力概率密度的尺度演化方程(Fokker-Planck方程)
  2.3.3 界面脱离与边界条件的物理定义
 2.4 界面分离度与平均间隙的计算
  2.4.1 界面位移分布与平均间隙的物理定义
  2.4.2 多尺度理论下的弹性位移演化规律
  2.4.3 接触概率场对位移分量的权重调节
  2.4.4 界面平均间隙的解析求解
 2.5 多尺度界面力学的工程计算流程
第3章 牵引传动接触界面几何优化理论
 3.1 牵引传动的基本原理及其面向界面优化的分类体系
  3.1.1 牵引式CVT的物理本质与主要类型
  3.1.2 基于调速元件界面接触变化情况的构型分类方法
 3.2 接触界面速度场演化规律与自旋损耗
 3.3 零自旋界面设计通用流程与典型求解
  3.3.1 零自旋界面设计的通用流程方法
  3.3.2 摆调定点类牵引式CVT零自旋界面设计的一般流程
  3.3.3 摆调定点类牵引式CVT零自旋界面设计的共轭曲面重构
 3.4 基于界面力学本构关系的牵引特性解析
  3.4.1 整体力学分析
  3.4.2 弹性流体动力润滑理论模型计算
  3.4.3 多尺度界面力学驱动的牵引特性计算导则
  3.4.4 切应力积分计算
  3.4.5 典型零自旋牵引式CVT的计算
第4章 牵引传动系统构型综合与多目标参数优化
 4.1 基于全流程矩阵驱动的传动构型合成方法
  4.1.1 分层拓扑图模型的建立
  4.1.2 特征矩阵的建立
  4.1.3 构型约束条件
  4.1.4 约束条件的矩阵化
  4.1.5 矩阵方程的建立
  4.1.6 同构识别与可行构型
 4.2 特性参数连续可变复合传动系统的综合性能评价
  4.2.1 非同构可行构型的参数特性分析
  4.2.2 特性参数连续可变复合传动系统
  4.2.3 复合传动系统的速比变化范围和转矩输出能力
 4.3 界面特性驱动下的传动系统优化选型方法
  4.3.1 优化目标的选择
  4.3.2 多目标优化模型的建立
  4.3.3 NSGA-Ⅱ多目标优化算法
  4.3.4 基于评价指标的选型方法
  4.3.5 选型状态遍历与选型流程
 4.4 关键设计参数对界面动态性能的敏感性分析
  4.4.1 拖拉机发动机与整机燃油经济性指标的区分
  4.4.2 多参数二元无级变速控制规律
  4.4.3 基于循环算法的最佳参数求算及调控效果分析
  4.4.4 不同工况下特性参数对整机经济性的影响
  4.4.5 多参数二元调节下经济性最佳工作点的传动效率分析
第5章 牵引传动系统服役性能仿真与试验研究
 5.1 融合界面物理特性的数字化高保真建模
  5.1.1 功率键合图
  5.1.2 数字化建模
 5.2 复杂工况下的换段动态过程与品质控制优化
  5.2.1 换段品质的评价指标
  5.2.2 换段仿真分析
  5.2.3 特性参数对换段品质的影响
  5.2.4 特性参数的选取与换段品质优化
 5.3 典型服役工况下的系统载荷历程与特性仿真
  5.3.1 仿真模型的搭建
  5.3.2 传动系统仿真模型分析
 5.4 传动系统效率特性测试与试验分析
  5.4.1 试验台搭建
  5.4.2 牵引传动样机试验
第6章 界面力学的跨领域延伸:由动力传递到介质密封
 6.1 动力传递与物质密封:界面力学的多样性工程化应用
 6.2 金属密封失效分析的工程难点
  6.2.1 低黏度水基介质的流变物理特性挑战
  6.2.2 低黏度主导的泄漏机制
  6.2.3 特征泄漏尺度hcr的定义与推导
  6.2.4 从宏观结构分析到微观界面的多尺度计算的必要性
 6.3 密封副运动学特征分析与微观形貌表征
  6.3.1 金属表面的全频谱多尺度表征
  6.3.2 Persson多尺度接触力学理论
  6.3.3 轨道球阀的低摩擦运动学机理
  6.3.4 机械楔紧效应的力学分析
 6.4 阀门金属密封面的微观形貌测量与分析
  6.4.1 白光干涉测量方案与参考标准
  6.4.2 表面形貌的空间域测量结果
  6.4.3 表面形貌频率域分析
 6.5 密封面宏观接触压力的有限元数值仿真
  6.5.1 边界条件设置与网格划分
  6.5.2 整体分析结果与密封面压应力情况
 6.6 轨道球阀密封性能的多尺度数值预测与试验
  6.6.1 基于Persson理论的界面渗流计算方法与结果
  6.6.2 阀门高压差密封性能试验方案
  6.6.3 理论模型预测值与试验实测值的对比与分析
参考文献
封底

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