Развитие метода подвижных клеточных автоматов для моделирования генерации и распространения упругих волн при контактном взаимодействии твердых тел

• Автор: Добрынин, Сергей Александрович
• Шифр специальности: 01.02.04, 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 130 с. : ил.

Содержание
Введение.

1 Подходы, используемые при исследовании контактного взаимодействия твердых тел

1.1 Основные закономерности механики контактного взаимодействия

1.2 Современные подходы к моделированию процессов трения.

1.3 Метод подвижных клеточных автоматов и его совместное использование с методами континуальной механики.

2 Особенности генерации упругих волн при трении скольжения

2.1 Особенности анализа упругих волн при численном моделировании

2.2 Изучение частотного спектра упругих волн, генерируемых в пятне

контакта при трении.

2.3 Частотновременной анализ упругих колебаний в модельной паре

трения
2.4 Влияние профиля взаимодействующих поверхностей на особенности
частотного спектра колебаний в паре трения
2.5 Возможности частотновременного анализа данных акустической эмиссии в изучении процесса изнашивания.
3 Анализ дефектности поверхностного слоя материала на основе
триботехнических испытаний. ЗБмоделирование
3.1 Особенности взаимодействия подвижных автоматов при ЗБмоделировании.
3.2 Роль вращения в методе подвижных клеточных автоматов.
3.3 Изучение возможности идентификации наноскопических пор на основе трения скольжения.
Заключение.
Список использованных источников


В начале раздела приведены основные характеристики геометрии шероховатых поверхностей. Рассмотрена структура площади фактического контакта, состоящая из пятен касания и составляющая несколько процентов от площади номинального контакта. Описаны динамические явления при трении, такие как вибрация и генерация акустических колебаний. Затем кратко изложены современные методы моделирования трения на макро-, мезо- и микро-масштабных уровнях, в том числе многомасштабные модели и модели, позволяющие учитывать динамику трения. Обоснован выбор используемого в дальнейшем метода подвижных клеточных автоматов. Далее подробно рассмотрен метод подвижных клеточных автоматов, а также методика его совмещения с континуальными методами (дискретноконтинуальный подход). Отмечается, что использование рассмотренных методов позволяет эффективно моделировать контактные задачи с учетом разрушения и перемешивания вещества в зоне контакта в динамике. Во втором разделе изучены вопросы, связанные с частотным и частотно-временным анализом регистраций упругих волн, возникающих при трении. В начале раздела рассмотрены особенности частотного анализа упругих волн, реализующихся в материалах в результате различных динамических воздействий, при моделировании методом подвижных клеточных автоматов. В частности проанализированы Фурье-спектры сигналов, соответствующих регистрациям таких величин, как компоненты скорости, давление и интенсивность напряжений в определенных точках тела при точечном воздействии на его свободной поверхности. Частотные спектры полученных регистраций сравнивались с характеристиками исходных воздействий, как импульсных, так и периодических во времени. Показано, что даже при многократном отражении упругих волн в конечных образцах основные частоты регистрируемых сигналов достаточно четко отражают характеристики внешнего источника. Полученные результаты говорят о возможности изучения сложных процессов, например, трения, в которых имеется множество источников упругих волн, действующих непрерывно, на основе анализа рассмотренных сигналов, поскольку такой анализ позволяет выявлять основную частоту, соответствующую природе этих процессов. Далее исследованы закономерности генерации и распространения упругих волн в зоне модельного фибологического контакта. Моделирование трения проводилось на основе дискретно-континуального подхода. Зона трибокоптакта описывалась в рамках метода подвижных клеточных автоматов, остальная часть взаимодействующих тел описывалась методом механики сплошной среды. Анализ частотного спектра регистраций компонент скорости, давления и интенсивности напряжений в определенной области модели показал, что наиболее интенсивные пики на спектрах соответствуют собственным частотам системы. Небольшой размытый пик на спектрах вертикальной компоненты скорости и интенсивности напряжений соответствует среднему времени существования «связанных» пар автоматов в «квазижидком» слое, разделяющим взаимодействующие поверхности. Положение этого пика изменяется при изменении параметров, отвечающих за переход пар автоматов из состояния «несвязанные» в состояние «связанные». Соответствующую этому пику частоту можно интерпретировать как характеристику колебательного движения на микроуровне в режиме «stick-slip». Для идентификации остальных пиков был проведен анализ профиля поверхности, разделяющей «квазижидкий» слой и «твердую» часть образцов. Показано, что периодичность в профилях взаимодействующих поверхностей проявляется в соответствующих частотах упругих волн, возникающих при их относительном перемещении, и соответствующих неидентифицированным ранее пикам на частотном спектре модельной системы. В то же время размытость пиков на спектрах, а также динамический характер взаимодействующих поверхностей побудили провести частотновременной анализ соответствующих регистраций с помощью вейвлет-преобразований. В качестве вейвлетов использовались функции Морле и «мексиканская шляпа». Из проведенного анализа следует, что упругие волны в модельной паре трения являются частотно- и амплитудно-модулированными.