本文以磨削试样表面为研究对象,分析了表面轮廓的统计特征,得到相关统计参数。通过有限元计算和实验测量,探讨影响结合面接触特性的因素。全文包括以下几个方面:一对测得的45钢磨削试样表面轮廓数据进行统计分析,给出了表面轮廓高度的概率密度分布直方图,结合表面轮廓偏斜度值和陡度值,表明45钢磨削表面轮廓高度近似正态分布,通过计算得到相关统计参数。同时,分析了该表面的分形特征,通过对分形公式的整理与推导结合粗糙表面轮廓统计参数得到符合该表面轮廓特征的分形参数。最后,分析了45钢磨削表面不同方向上的轮廓数据,结果表明该磨削表面的统计规律为各向异性。二利用中值滤波将粗糙表面轮廓的高频成分逐渐滤去,分析滤波前后粗糙表面轮廓概率密度分布及频谱特征。以滤波前后表面轮廓为基础建立二维有限元接触模型,分析了粗糙表面接触刚度和接触面积随表面轮廓高频成分减少的变化规律。结果表明,表面轮廓高频成分(即表面纹理细节)减少,结合面接触刚度增大,真实接触面积也增大,但是真实接触面积与名义面积的比依然很小。同时,若粗糙表面纹理细节足够丰富,满足分形特征,粗糙表面即使在很小的载荷下也会发生塑性变形。三提出一种粗糙表面的法向弹塑性接触分析的建模方法。基于微凸体的弹塑性有限元接触模型,研究了40Cr,45和Q235三种材料的微凸体与光滑刚性平面的法向接触特性。有限元模型中采用三种材料的真应力-应变关系,考察不同强化特性对微凸体接触性质的影响,给出了微凸体在三个变形阶段统一的接触变量变化规律的表达式,并以此为基础,应用概率统计理论建立了基于真应力-应变关系的粗糙表面法向接触模型。该模型中微凸体接触变量的变化规律完全基于弹塑性有限元模型的计算结果,无需将微凸体的变形过程区分为不同的变形阶段,避免了接触变量在各个阶段采用不同函数表达式带来的连续性和光滑性问题,以及在弹塑性阶段采用插值函数的随意性问题。与其他接触模型的结论进行对比,证明了本模型分析结果的合理性。四分析了不同尺度下的45钢磨削试样表面轮廓的分布规律和频谱特征。发现随着表面轮廓尺度的减小,粗糙表面轮廓低频成分所占比重逐渐减小,但仍远大于高频成分。在此基础上,建立了二维有限元接触模型,探讨了真实接触点和接触面积百分比随轮廓长度的变化规律。同时,发现结合面法向接触刚度与接触面轮廓长度成幂函数关系,结果表明,通过微小接触面计算得到的接触刚度不能简单地叠加在较大接触面的刚度计算中。五采用统计方法对磨削表面轮廓数据进行分析,发现表面轮廓的平均倾角为10°左右。通过对砂轮轮廓倾角和对砂轮进行修整的刀具端头特征的分析,解释了造成磨削表面轮廓这一特征的原因。在此基础上,建立有限元接触模型并进行相关实验,研究该特征对结合面法向和切向接触刚度的影响。结果表明,有限元计算结果与实验结果的趋势是一致的,说明了本文所用模型的合理性。同时,结合面的刚度具有随机性,但是结合面的法向和切向接触刚度之间存在某种耦合关系,这种耦合关系并不随摩擦系数和泊松比的变化有很大的改变,而是与轮廓曲线的平均倾角有关。