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粗糙接触界面力-热接触模型及界面性能重构

界面应力和温度测量是工程结构性能及可靠性评估的关键问题，涉及机械、航空航天、低温、超导、核反应堆等众多工业领域。然而，接触界面具有强随机性和复杂性，以及界面的不透明性，直接观察和测量接触界面处的应力和温度分布是一个难题。基于此，本文提出“真实接触体积概念”，并采用空隙率和真实接触体积对随机粗糙界面接触过程进行表征，从而建立了粗糙界面力-热接触理论模型，揭示了压力对接触深度、接触点数、真实接触面积以及接触热阻的作用机制。模型预测结果与实验吻合较好，且优于Mikic、CMY、Yovanovich等模型，预测准确度提高了40.2%。该模型适用于非接触→完全接触全过程，不需要假设名义面积远小于真实接触面积，也无需预先假定随机粗糙界面间接触模式，且包含了接触微凸体间的相互作用。在此基础上，采用修正的W-M分形函数，发展了界面接触性能重构方法，揭示了表面形貌、接触应力、温度分布的演化规律，为复杂工程结构的界面性能评估提供了方法基础。