Контактные задачи для узлов трения с двухслойными композициями триботехнического назначения

• Автор: Иваночкин, Павел Григорьевич
• Шифр специальности: 01.02.04, 05.02.04
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Ростов-на-Дону
• Количество страниц: 224 с. : ил.

Введение.

Глава 1. Проблемы повышения эксплуатационной надежности узлов трения,

связанные с использованием материалов с покрытиями

Глава 2. Исследование прочности двухслойного покрытия при фрикционном контакте.

2.1 Численноаналитическое решение задачи о взаимодействии штампа с двухслойным основанием

2.1.1 Постановка задачи

2.1.2 Решение интегрального уравнения задачи.

2.1.3 Числовые расчеты и тестирование алгоритма

2.1.4 Влияние трения в зоне контакта на характеристики контакта

2.2 Конечноэлементный расчет прочности двухслойного покрытия

2.2.1 Постановка задачи для конечноэлентного моделирования

2.2.2 Результаты расчетов, тестирование конечноэлементного расчета .
2.2.3 Влияние трения на характеристики контакта
Глава 3. Исследование прочности двухслойного подшипника скольжения
3.1 Контактная задача для двойного цилиндрического слоя
3.1.1 Постановка задачи о взаимодействии вала с двухслойной втулкой подшипника скольжения
3.1.2 Решение интегрального уравнения задачи.
3.1.3 Числовые расчеты и тестирование алгоритма
3.1.4 Учет трения в зоне контакта и его влияния на контактные характеристики.
3.2 Конечноэлементное решение задачи для двухслойной втулки подшипника скольжения сухого трения
3.2.1 Постановка задачи
3.2.2 Численные расчеты и тестирование.
3.2.3 Пространственная контактная задача для подшипника скольжения с двухслойной втулкой
3.3 Контактная задача для двойного сферического слоя сферический подшипник скольжения
3.3.1 Постановка задачи для сферического подшипника
3.3.2 Решение парного уравнения асимптотическим методом
3.3.3 Решение задачи для сферического подшипника методом коллокации .
3.3.4 Решение задачи методом конечных элементов
Глава 4. Термоупругая контактная задача для цилиндрического подшипника скольжения сухого трения с двухслойной втулкой.
4.1 Контактная задача для двухслойной цилиндрической втулки при учете тепловыделения в зоне контакта .
4.1.1 Физикомеханическая постановка задачи.
4.1.2 Математическая постановка задачи.
4.1.3 Построение вырожденного решения задачи.
4.1.4 Термомеханический расчет подшипника
4.2 Исследование кинетики изнашивания подшипника скольжения сухого
трения с двухслойным вкладышем.
4.2.1 Постановка термоупругой контактной задачи для двухслойного вкладыша подшипника скольжения с учетом изнашивания
4.2.2 Решение тепловой задачи для сопряжения.
4.2.3 Износ подшипника скольжения с учетом тепловыделения от
трения.
Глава 5. Экспериментальное исследование основных закономерностей трения и изнашивания антифрикционного слоя композиции.
5.1 Проведение трибологических испытаний.
5.1.1 Образцы и методика проведения испытаний
5.1.2 Машины трения для проведения лабораторных трибологических испытаний
5.1.3 Измерительная и регистрирующая аппаратура
5.1.4 Программное обеспечение УРМТ5.
5.2 Результаты трибологических испытаний двухслойной
композиции.
Глава 6. Методика проектирования двухслойных трибосопряжений с оптимальными свойствами.
6.1 Постановка задачи оптимального проектирования
6.2 Внедрение результатов исследования.
Основные выводы
Литература


Задачи сводятся к интегральному уравнению первого рода, для решения которого использован модифицированный метод МультопаКалаидия. К сожалению, в работах отсутствует анализ влияния параметров задач на контактнодеформационные характеристики. В работе исследованы контактные задачи для тел с поверхностно неоднородными покрытиями. Рассмотрены плоская и осесимметричная задачи о вдавливании гладкого жесткого штампа в поверхность вязкоупругого слоя с упругим покрытием, лежащего на недеформируемом подстилающем основании. Область контакта со временем не изменяется, свойства покрытия зависят от поверхностных координат. Манжировым 5. В работе исследован процесс износа упругого основания с поверхностно неоднородным покрытием. Предполагается, что скорость изнашивания слоя прямо пропорциональна касательным усилиям и осредненному значению модуля скорости скольжения и обратно пропорциональна твердости покрытия. Касательные усилия и контактные давления связаны законом Кулона. Получено аналитическое решение задачи и простые асимптотические формулы поведения основных характеристик при больших значениях времени. В работе 6 рассматривается задача о контакте с трением сферического индентора и тела с покрытием, которое моделируется двуслойным упругим основанием. Предложен численноаналитический метод определения внутренних напряжений, основанный на интегральных преобразованиях. Ханкеля и Фурье. Получены распределения напряжений внутри упругого слоя и подложки для относительно твердых и относительно мягких упругих слоев. Исследовано влияние коэффициента трения на величину и место концентрации напряжений в поверхностном слое и основании. Основной посылкой работы является предположение о том, что тангенциальные усилия не влияют на распределение контактного давления. Сначала рассматривается контактная задача о контакте штампа с двухслойным упругим основанием без учета сил трения. Для решения этой задачи используется метод, предложенный в 1. Согласно этому методу давление находится приближенно в классе кусочнопостоянных функций. На втором этапе определяются внутренние напряжения, возникающие при действии на границу слоя вычисленных нормальных напряжений и тангенциальных напряжений, определяемых по закону Кулона. Определение внутренних напряжений основано 7 на использовании прямого и обратного двойного интегрального преобразования Фурье. Работа является логическим продолжением предыдущей работы. В ней рассмотрен метод расчета кинетики усталостного разрушения двухслойного упругого основания периодической системой скользящих но поверхности индеиторов, моделирующих микронеровности поверхности. Метод основан на решении контактной задачи для периодической системы инденторов и двухслойного упругого основания, определении внутренних напряжений с учетом сил трения и построении функции поврежденности в двухслойном основании. Исследованы особенности процесса усталостного разрушения поверхностного слоя в зависимости от прочностных и механических свойств материалов покрытия и основания, нагрузочных и геометрических характеристик системы, коэффициента трения. Полученные в работе результаты показали существенное отличие кинетики изнашивания двухслойного полупространства от однородного. Отмечено, что в упругом слое может иметь место послойное его разрушение в результате развития, подповерхностной трещины, поверхностный износ, имеющий усталостную природу и отслаивание покрытия. Преобладание того или типа разрушения зависит от прочностных свойств материала и амплитудных значений напряжений, которые определяются упругими свойствами двухслойного основания, толщиной поверхностного слоя, нагрузкой, формой индеиторов и плотностью их расположения. Поверхностное изнашивание, обусловленное контактной усталостью, происходит неравномерно, что объясняется изменением напряженного состояния двухслойного основания при изменении толщины поверхностного слоя в результате его разрушения. В работе 6 рассмотрена плоская задача о распределении внутренних напряжений в упругой плоскости с однородным упругим покрытием, на верхней границе которого давление распределено по заданному закону параболическое распределение.