Наиболее удобно задать краевые условия для базовой модели, наложив связи на все поверхности выделения базовой модели и задав кинематические условия нагружения, т.е. поступательное смещение плоскости выделения одной модели относительно другой по нормали к номинальным поверхностям контакта. Задание кинематических условий нагружения позволяет существенно сократить время решения задачи.
Рис. 11.13. Конечно-элементная расчетная схема базовой модели с шероховатой поверхностью с переходными макроэлементами
Однако такой способ нагружения моделей не всегда можно применить напрямую, поскольку существует возможность контактирования вершин неровностей лишь в некоторой локальной области. Несмотря на то, что процедура удаления тренда частично или полностью решает эту проблему, возможно такое взаимное расположение неровностей на поверхностях моделей, что исключительно локальных контактов не избежать. Для обеспечения начального контакта неровностей в трех точках, расположенных в вершинах треугольника, содержащего центральную точку контактной поверхности, разработана специальная итерационная процедура введения шероховатых поверхностей в контакт.
Базовые модели, содержащие две шероховатые поверхности, располагаются случайным образом одна по отношению к другой так, чтобы между парами контактирующих узлов оставались зазоры. На первом шаге находится минимальный зазор между моделями, и верхняя модель смещается по нормали к нижней поверхности на величину этого зазора. На втором шаге находится вторая пара узлов с минимальным расстоянием между ними, верхняя модель поворачивается относительно линии, проходящей через узел, вошедший в контакт, и перпендикулярной прямой, соединяющей точку первого контакта с найденным узлом, на минимальный угол до введения в контакт второй пары узлов. На третьем шаге снова находится пара узлов такая, чтобы поворот верхней модели относительно линии, соединяющей первые две точки контакта, происходил на минимальный угол для введения новой пары узлов в контакт. Если найденный минимальный угол соответствует повороту в направлении от центра модели, то поиск пары узлов продолжается. Поворот должен происходить в направлении к центру модели, так как только в этом случае узел верхней модели, соответствующий центральной точке С поверхности контакта, при любых поворотах будет перемещаться вниз. После третьего шага выполняется проверка. Если точка С находится внутри треугольника, который можно построить, используя три точки контакта в качестве вершин, то процедура останавливается, поскольку такое взаимное положение базовых моделей обеспечивает равномерное вовлечение в контакт остальных точек поверхности. В противном случае процедура поворотов повторяется итерационно с отбрасыванием той точки, которая вошла в контакт раньше других.
Кинематическое нагружение осуществляется путем смещения верхней поверхности верхней модели вертикально вниз. Для получения подробной информации о формировании пятен контакта и их изменении в ходе роста нагрузки нагружение выполняется за 15-25 шагов. Величина шага получается путем деления предполагаемого сближения на число шагов. Возможное сближение оценивается по высоте микронеровностей и для рассмотренных поверхностей составляет 4 ... 7 мкм. Расчеты показали, что абсолютная деформация всей базовой модели, вызванная сжимающими напряжениями, равными по значению номинальному давлению, мала и вносит незначительную поправку.