Нестационарные температурные поля в элементах дискового тормоза скоростного вагона с учетом нестабильности теплового контакта

• Автор: Тищенко, Павел Алексеевич
• Шифр специальности: 05.22.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Брянск
• Количество страниц: 175 с.

ВВЕДЕНИЕ

Глава 1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МЕТОДОВ ИССЛЕДОВАНИЯ

ТЕМПЕРАТУРНЫХ ПОЛЕЙ В ДЕТАЛЯХ ТОРМОЗОВ

1.1. Современное представление о трении

1.1.1. Двойственная молекулярномеханическая природа трения

1.1.2. Дискретность и непрерывность контакта

1.1.3. Факторы, характеризующие процесс трения

1.1.3.1. Влияние температуры

1.1.3.2. Температурный градиент

1.1.3.3. Влияние нагрузки

1.1.3.4. Влияние скорости скольжения

1.1.3.5. Влияние конструкции фрикционного соединения
1.1.3.6. Учет топографии поверхности
1.2. Фрикционные материалы в тормозах
1.2.1. Требования, предъявляемые к фрикционным материалам в тормозах
1.2.2. Фрикционные чугуны
1.2.3. Порошковые материалы
1.2.4. Керамические материалы
1.2.5. Фрикционные полимерные материалы ФПМ
1.2.6. Классификация фрикционных изделий
1.3. Дисковые тормоза
1.3.1. Положительные стороны использования дисковых тормозов
1.3.2. Описание конструкции и принципа действия ДТ
1.3.3. Тормозная система электропоезда ЭР0
1.4. Теоретические основы расчета дисковых тормозов
1.4.1. Метод конечных элементов МКЭ
1.4.1.1. Разрешающее уравнение МКЭ в статической теории упругости
1.4.1.2. Релаксационная схема деформирования материала в МКЭ
1.4.1.3. Использование относительных систем отсчета координат и перемещений узлов
1.4.1.4. Перемещения узлов с наложенными связями
1.4.1.5. Разработка алгоритма решения контактной задачи в объемной постановке с использованием итерационного поузлового МКЭ
1.4.1.6. МКЭ в теории теплопроводности.
Глава 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ДИСКОВОГО
ТОРМОЗА
2.1. Объект исследования
2.2. Анализ ранее полученных экспериментальных результатов
2.2.1 .Схема установки
2.2.2. Результаты экспериментов. Коэффициент трения
2.2.3. Результаты экспериментов. Распределение температур
2.3. Исследование геометрии поверхностей контакта
2.3.1. Исследование макрогеометрии поверхности диска
2.3.2. Исследование поверхности колодки
2.3.3. Исследование микрогеометрии поверхности диска
Глава 3. РАЗРАБОТКА И ТЕСТИРОВАНИЕ ПРОГРАММНОГО
КОМПЛЕКСА
3.1. Решение тестовых примеров для нелинейной контактной задачи
3.1.1. Тест 1. Растяжение бруса квадратного сечения
3.1.2. Тест 2. Вдавливание плоского штампа в полуплоскость при отсутствии сил трения
3.1.3. Тест 3. Вдавливание цилиндрического штампа в полуплоскость при отсутствии сил трения
3.1.4. Тест 4. Вдавливание плоского штампа в полуплоскость при наличии сил трения
3.2. Решение тестовых примеров для нестационарной температурной
задачи с использованием программного комплекса
3.2.1. Постановка задачи и расчетная схема
3.2.2. Тест 1. Полупространство с граничными условиями Iго рода
3.2.3. Тест 2. Полупространство с граничными условиями Нго рода
3.2.4. Тест 3. Полупространство с граничными условиями Шго рода Глава 4. РАСЧЕТНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ УСЛОВИЙ
КОНТАКТИРОВАНИЯ ДЕТАЛЕЙ ДИСКОВОГО ТОРМОЗА СКОРОСТНОГО ВАГОНА
4.1. Общее описание методики расчета
4.2. Решение нелинейной контактной задачи методом конечных
элементов для пары трения диск колодка
4.2.1. Расчетная схема
4.2.2. Разбивка на конечные элементы
4.2.3. Расчет силовой нагрузки, приложенной к проушинам
4.2.4. Расчет силовой нагрузки, приложенной к проушинам, с учетом опрокидывающего момента от сил трения
4.3. Решение контактной задачи при условии номинально плоских
контактирующих поверхностей
4.3.1. Расчет без учета опрокидывающего момента
4.3.2. Оценка влияния коэффициента трения на распределение давления в контакте
4.3.3. Расчет с учетом опрокидывающего момента
4.3.4. Расчет коэффициента взаимного перекрытия с учетом контурной зоны контакта
4.4. Решение нелинейной контактной задачи с учетом волнистости
4.4.1 .Контакт по регулярно расположенным пятнам на поверхности
4.4.2. Контакт по пятнам, распределение которых соответствует 0 экспериментальным данным
4.4.3. Сравнительный анализ давления в зоне контакта при различной 3 высоте пятен.
4.5. Исследование динамического распределения температурных нолей
в дисковом тормозе скоростного поезда
4.5.1. Расчетная схема
4.5.2. Термоупругие характеристики материалов дискового тормоза
4.5.3. Расчет граничных условий. Коэффициент теплоотдачи
4.5.4. Расчет граничных условий. Тепловой поток
4.5.5. Исследование температурных полей в дисковом тормозе при 7 контакте номинально плоских поверхностей. Расчет Т1.
4.5.6. Исследование температурных полей в дисковом тормозе с учетом 2 волнистости. Расчет Тп и Т .
4.5.7.Сравнение результатов расчета с данными эксперимента
ВЫВОДЫ
Список литературы


Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложений, содержит 5 страниц, рисунков, таблиц и трех приложений. На сегодняшний день широко признанным является представление о двойственной молекулярномеханической природе трения ,,,. Молекулярномеханическая теория трения исходит из того, что контакт двух поверхностей дискретен и осуществляется по отдельным площадкам, суммарная площадь которых составляет площадь фактического контакта Аг. Точки фактического контакта сосредотачиваются в отдельных областях контурных участках, общая площадь которых Ас. Наличие контурных участков объясняется волнистостью поверхностей. Все контурные площадки располагаются на номинальной площади Аа, которая ограничена размерами поверхности трения тела. В зависимости от нагрузки и упругопластических свойств фрикционных материалов Аг 0. Аа. Схема контактирования изображена на рисунке 1. Рис. Аг. Ах Ас отношение площадей фактического контакта и контурной е Лгтах отношение глубины внедрения неровностей поверхности к их максимальной высоте Ъ и V коэффициенты. Схема взаимодействия поверхностей и построения кривой опорной поверхности приведена на рис Л . В соответствии с молекулярномеханической теорией сила трения рассматривается как сумма двух составляющих силы, обусловленной молекулярным адгезионным взаимодействием поверхностей, и силы, возникающей в результате деформирования поверхностей механическая составляющая. Р.мол и мол молекулярная составляющая соответственно силы и коэффициента трения Рдеф и Лф деформационные составляющие. Адгезионная составляющая коэффициента трения зависит от сил адгезионного взаимодействия и коэффициента упрочнения образовавшейся связи под нагрузкой. Деформационная составляющая коэффициента зрения зависит от отношения глубины внедрения микронеровности при скольжении к радиусу скруглення ее вершины. Рис. V схватывание поверхностей, сопровождающееся глубинным вырыванием материала когезионный отрыв. Микрорезание и схватывание поверхностей находятся на пороге внешнего трения и при нормальной эксплуатации машин их избегают подбором трущихся материалов и условий трения. Упругое деформирование поверхностей характерно для материалов, обладающих достаточно хорошими упругими свойствами, а также при малых нагрузках в этом случае деформация неровностей не выходит за пределы упругости. Пластическое деформирование характерно для более пластичных материалов малая исходная твердость или снижение твердости при повышенных температурах, а также при больших удельных нагрузках. Одна из основных задач современных исследований установление надежных связей между параметрами непрерывного контакта и гораздо более сложными для расчета параметрами дискретного контакта ,,,4. Дискретный контакт устанавливается в отдельных малых зонах, реализуясь в пространственно ограниченных областях в виде множества отдельных процессов. Дискретность характерна для всех без исключения контактов твердых тел и связана с шероховатостью их поверхностей. Для достаточно протяженных контактов всегда имеет место неравномерность контакта и обусловлена наличием на поверхностях твердых тел волнистости. Во время контактирования деталей вследствие волнистости их поверхностей фактические пятна контакта будут возникать преимущественно на вершинах волн. Каждая такая ограниченная контуром область, в пределах которой существуют фактические пятна контакта, представляет собой элементарную контурную площадку ДАС. Эти контуры удалены один от другого на расстоянии шага волны. При этом контурная площадь контакта Ас равна сумме элементарных площадок ААС. Контурная площадь контакта является фиктивной площадью и вводится как промежуточное звено для перехода от номинальной площади контакта Аа к фактической Аг. Фактическая площадь контакта Аг есть сумма элементарных площадок контакта, возникающих в результате деформаций отдельных неровностей. Издавна в расчетах контактных задач присутствует и третье понятие номинальная площадь контакта Аа. Это та площадь, по которой соприкасались бы два идеально гладких тела под действием приложенной нагрузки.