Моделирование деформационных и тепловых процессов в поверхностном слое упруго-пластического материала при трении

• Автор: Рубцов, Валерий Евгеньевич
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 145 с. : ил.

1. ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ О КОНТАКТИРОВАНИИ И ТРЕНИИ ПОВЕРХНОСТЕЙ (Литературный обзор)

1.1. Введение

1.2. Микрогеометрия поверхности

1.3. Влияние температуры на процессы трения

1.4. Поверхностные слои

1.5. Моделирование процессов трения

1.6. Постановка задачи

2. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ФОРМИРОВАНИЯ КОНТАКТА ШЕРОХОВАТЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ

2.1. Введение

2.2. Описание модели

2.3. Методика и условия моделирования

2.4. Результаты моделирования
2.5. Заключение к главе
3. ИССЛЕДОВАНИЯ ТЕМПЕРАТУРНОГО РЕЖИМА В ПЯТНЕ КОНТАКТА ПРИ ТРЕНИИ СКОЛЬЖЕНИЯ В УСЛОВИЯХ СХВАТЫВАНИЯ
3.1. Введение
3.2. Макроскопическая модель автоколебательной системы
3.3. Условия и параметры моделирования
3.4. Результаты моделирования
3.5. Заключение к главе
4. МОДЕЛИРОВАНИЕ СДВИГОВОЙ ДЕФОРМАЦИИ В ПОВЕРХНОСТНОМ СЛОЕ ПРИ ТРЕНИИ С УЧЕТОМ ИЗМЕНЕНИЯ МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ МАТЕРИАЛ
4.1. Введение
4.2. Макроскопическая модель микровыступа
4.3. Функция отклика и ее модификация
4.4. Методика моделирования
4.5. Результаты моделирования
4.6. Заключение к главе
5. ОСОБЕННОСТИ ДЕФОРМИРОВАНИЯ МАТЕРИАЛОВ С ПОКРЫТИЯМИ ПРИ ТРЕНИИ
5.1. Введение
5.1. Моделирование трения образца с твердым покрытием
5.2. Моделирование трения образца с пластичным покрытием
5.3. Заключение к главе
ВЫВОДЫ
ЛИТЕРАТУРА

Основы современных представлений о трении были заложены в 20 веке такими выдающимися учеными как И. В. Крагельский [1-3], Ф. Боуден и Д. Тейбор [4], которые значительно расширили представления о трении сформулировав молекулярно-механическую и адгезионно-деформационную теории трения. Следующим этапом развития науки о трении стало осознание ведущей роли поверхностных слоев материала. И.В. Крагельским введено такое фундаментальное понятие как «третье тело». В рамках концепции «третьего тела» полагается, что определяющее влияние на процессы трения и изнашивания оказывают модифицированные поверхностные слои, образовавшиеся при контакте и формирующаяся из них в результате механических, химических, тепловых и других процессов тонкая пленка, разделяющая поверхности трения. Б.И. Костецким [5, 6] и Л.И. Бершадским [7, 8] выдвинута теория структурно-энергетической приспосабливаемости при трении. Эта теория предполагает, что система сама адаптируется к условиям трения путем формирования вторичных структур из продуктов переноса материалов двух поверхностей, со свойствами, обеспечивающими минимум энергетических затрат на трение в заданных условиях. Еще одним подтверждением главенствующей роли поверхностного слоя стало открытие Д.Н. Гаркуновым явления избирательного переноса [9, 10]. Было обнаружено, что при определенных условиях на поверхности трения в результате трибохимических реакций образуется тонкая пленка с очень малым сопротивлением сдвига, которая предотвращает непосредственный контакт поверхностей, тем самым, снижая коэффициент трения приблизительно на порядок величины и резко уменьшая износ трибосопряжения.
Понимание особой роли поверхностного слоя обусловливает интерес три-бологов к его исследованию. Значительный вклад в изучение структуры и свойств поверхностных слоев и построения моделей фрикционного контакта

касания (ФГЖ) и номинальное давление, под которым понималось отношение силы сопротивления сближению ко всей площади образца (номинальной площади).
2.4. Результаты моделирования
Результаты моделирования представлены в виде зависимостей контактных параметров от номинального давления: среднего давления на пятнах контакта и числа контактирующих неровностей (рис. 2.5), фактической площади касания и средней площади касания единичной неровности ( рис. 2.6). Эти зависимости достаточно хорошо отражают полученные в ходе моделирования общие закономерности.
Моделирование показало, что на начальной стадии сближения формируется только одно пятно упругого контакта. Давление на нем быстро растет и после перехода к упруго-пластическому деформированию рост давления замедляется. Упругий контакт реализуется только при очень малых сближениях и, соответственно, очень низких номинальных давлениях. В данном случае упруго-пластическое деформирование начинается уже при номинальном давлении к=400кПа (рис. 2.5, кривая 1).
Дальнейшее сближение ведет к увеличению числа микроконтактов (рис.
2.5, кривая 2). При вступлении в контакт каждой новой неровности происходит увеличение фактической площади контакта и, как следствие, величина среднего давления рассчитанного по всем микроконтактам уменьшается. По мере сближения поверхностей все большая часть неровностей, уже вступивших в контакт, переходит от упругого к упруго-пластическому деформированию, что ведет к замедлению роста среднего давления на контакте. После начала упруго-пластического деформирования среднее контактное давление растет очень медленно. При увеличении номинального давления от «400кПа