Содержание к диссертации
ВВЕДЕНИЕ
5
СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ
ИССЛЕДОВАНИЯ 10
Процесс "приработки" микрогеометрии контактирующих по-
верхностеи
Современные методы моделирования микрогеометрии поверх
ностей 16
Использование метода вибронакатывания при нанесении на по-
28
верхности контакта регулярного микрорельефа.
Цели и задачи исследования 40
ДЕФОРМАЦИЯ ЕДИНИЧНОЙ МИКРОНЕРОВНОСТИ И
ПОВЕРХНОСТИ С РЕГУЛЯРНОЙ МИКРОГЕОМЕТРИЕЙ
ПОД ВОЗДЕЙСТВИЕМ УДАРНОГО НАГРУЖЕНИЯ 41
Выбор геометрических параметров единичной микронеровности
и поверхности с регулярным микрорельефом
Математическая модель процесса "приработки" единичной мик
ронеровности и регулярной микрогеометрии при ударном на- ,_
гружений
Основные уравнения при циклическом ударном нагружении
42
единичной микронеровности и регулярного микрорельефа
Условия на переднем фронте волны сильного разрыва, при удар
ном нагружении единичной микронеровности и регулярного
микрорельефа 52
Решение основных уравнений при анализе деформации единич-
57
ной микронеровности и регулярного микрорельефа
..з-.
2.3.1. Определение текущей остаточной деформации микронеровно-
2.3.2. Определение текущих геометрических параметров микронеров-
64
ности после цикла ударных нагружении
2.4. Основные результаты численного решения при анализе дефор
мации единичной микронеровности и регулярного микрорелье
фа 68
# III. ДЕФОРМАЦИЯ ПОВЕРХНОСТИ С ИРРЕГУЛЯРНЫМИ
МИКРОНЕРОВНОСТЯМИ ПОД ВОЗДЕЙСТВИЕМ
УДАРНОГО НАГРУЖЕНИЯ 89
3.1. Выбор модели микронеровности поверхности с иррегулярной
м и крогеометриеи
3.2. Математическая модель процесса "приработки" поверхности с
иррегулярной микрогеометриеи.
3.2.1. Основные уравнения при циклическом ударном нагружении ир
регулярного микрорельефа
3".2!2! Условия на переднем фронте волны сильного разрыва, при удар-
«
ном нагружении поверхности с иррегулярным микрорелье- QQ
3.3. Решение основных уравнений при анализе деформации иррегу- 100
лярной микрогеометрии
3.3.1. Определение текущей остаточной деформации иррегулярной
микрогеометрии
3.3.2. Определение текущих геометрических параметров микронеров-
107
ностеи после цикла ударных нагружении.
3.4. Основные результаты численного решения при анализе дефор-
108 мации микронеровностеи иррегулярной микрогеометрии...
_ 4-
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ
МИКРОГЕОМЕТРИИ ПРИ ЦИКЛИЧЕСКОМ УДАРНОМ
НАГРУЖЕНИИ. 120
Определение равновесной шероховатости и опорной площади
поверхности с регулярным микрорельефом
Определение параметра Rz и опорной площади поверхности с
иррегулярным микрорельефом
ЗАКЛЮЧЕНИЕ. Основные результаты и выводы. 136
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 138
Введение к работе
Большинство деталей автоматики высокотемпного стрелково-пушечного вооружения (СТТВ) в процессе эксплуатации подвергаются многократному интенсивному ударному нагружению, параметры которого, как правило, не выводят интегральный объем материала из упругого состояния, но при этом ближайшие окрестности контактирующих поверхностей подвергаются локальному деформированию, в результате чего их геометрические параметры и механические свойства материалов в процессе эксплуатации значительно меняются (так называемое явление приработки) - и эти необходимо учитывать и закладывать в конструкцию на этапах проектирования и отработки. Существует много как конструктивных, так и технологических способов улучшения эксплуатационных характеристик деталей автоматики, направленных на целевое планирование комплекса свойств контактирующих поверхностей, формирующих, как правило, в их окрестностях внутренние напряжения противоположного по отношению к возникающим в процессе ее эксплуатации знака и тем самым повышающим усталостную прочность деталей и уменьшающим длительность периода приработки. При этом в формирование такого поля внутренних напряжений вкладывается в буквальном смысле значительная энергия и материальные средства.
Возникает естественное предложение оптимально уменьшить величину вкладываемой в формирование комплекса свойств контактирующих поверхностей энергии, заменив ее часть энергией, получаемой поверхностью детали в процессе ее эксплуатации в оружии, так как последняя не требует никаких материальных затрат - при этом общая себестоимость конструкции снизится, а эксплуатационные характеристики, как минимум, не ухудшатся. В рассматриваемом случае важно уметь достоверно прогнозировать кинетику изменения геометрических параметров, характеризующих приработку контактирующих поверхностей в процессе эксплуатации.
Сказанное позволяет сделать вывод о необходимости разработки моделей, достоверно прогнозирующих кинетику изменения параметров, характеризующих приработку контактирующих поверхностей в процессе эксплуатации. Актуальность исследований в данном направлении подтверждается множеством выполненных и опубликованных за последние время на различных уровнях анализа экспериментальных и теоретических работ.
Структурно диссертация состоит из введения, четырех разделов и заключения, содержащего основные результаты, выводы и рекомендации.
В первом разделе представлен обзор литературы, посвященной контактным явлениям, различным направлениям при моделировании топографии поверхности и развитию методов поверхностного пластического деформирования, как способа, направленного на регуляризацию и оптимизацию микрогеометрии поверхности. В разделе рассматриваются работы, направленные на изучение процесса приработки и факторов, влияющих на параметры и длительность этого процесса. Три направления в моделировании микрогеометрии, рассмотренные в первом разделе, включают основные работы по этому вопросу, как отечественных, так зарубежных ученых.
Во втором разделе ставятся задачи распространения упруго-вязко-пластических волн напряжений в единичной микронеровности и регулярной микрогеометрии с дискретно регулярными неровностями кольцевого вида, расположенными в шахматном порядке, которые моделируется консольно защемленным стержнем в случае единичной микронеровности и группой консольно защемленных стержней, расположенных на поверхности с определенным шагом в случае регулярной микрогеометрии. Система уравнений, описывающая задачу, представляет собой систему трех дифференциальных уравнений в частных производных гиперболического типа первого порядка. Первое уравнение, входящее в систему — уравнение движения частиц материала, второе — уравнение кинематической совместности деформаций, третье - определяющее соотношение материала, устанавливающее зависимость между силовыми и кинематическими параметрами деформирования. Задача Гурса для системы решалась методом характеристик с последующей конечно-разностной аппроксимацией основных соотношений между искомыми функциями вдоль характеристических направлений. Учет изменения геометрических размеров микронеровностей велся по двум направлениям: с учетом изменения опорной поверхности, т.е. площади поперечного сечения стержня, и без учета, т.е. с постоянной площадью поперечного сечения. Первое направление использовалось для регулярного микрорельефа, а второе - для единичной микронеровности. Численные расчеты проводились на ПЭВМ. В конце раздела проводится анализ результатов численного решения.
В третьем разделе рассматривается задача распространения упруго-вязко-пластических волн в поверхности с иррегулярным микрорельефом. Рассматриваемый иррегулярный микрорельеф моделируется группой кон-сольно защемленных стержней разной высоты и площади поперечного сечения, расположенных на поверхности с определенным шагом, подверженных на концах ударному сжимающему воздействию. При решении задачи рассматривается поверхность, на базовой линии которой расположено, пять микронеровностей; Система дифференциальных уравнений в частных производных, описывающая задачу, представляет собой систему одиннадцати дифференциальных уравнений в частных производных гиперболического типа. Первое уравнение, входящее в систему - уравнение движения частиц материала, следующие пять - уравнения кинематической совместности деформаций для каждой из микронеровностей, последние пять — определяющие соотношения материала, устанавливающие зависимость между силовыми и кинематическими параметрами деформирования для каждой из микронеровностей. Математически рассматриваемая задача также является задачей Гурса, которая решалась также методом характеристик с последующей конечно-разностной аппроксимацией основных соотношений между искомыми функциями вдоль характеристических направлений.
Подробно проанализированы условия на переднем фронте прямой ударной волны: Учет изменения геометрических размеров микронеровностей велся с учетом изменения опорной поверхности, т.е. площади поперечного сечения стержня в процессе нагружения. Численные расчеты проводились на ПЭВМ. В конце раздела проводится анализ результатов численного решения.
В четвертом разделе на примере регулярного и иррегулярного микрорельефа при различных исходных данных ( варьировались масса деформирующего тела, материалы, геометрические параметры, т.е. площади поперечного сечения и высоты микронеровности, а также скорость удара ^отслеживалась хронология изменения основных параметров микронеровностей в процессе приработки, т.е. параметра Rz и площади опорной поверхности. Для случая с иррегулярной поверхностью рассматривались различные состояния микронеровностей в процессе, и после приработки.
По теме работы автором опубликовано 14 статей в научной периодической печати.
Результаты работы докладывались на II Международном научном симпозиуме «Механизмы и машины ударного, периодического и вибрационного действия» в г. Орле (РФ) - 2003 г., на Международных НТК «Проблемы проектирования и производства систем и комплексов» в г. Туле (РФ) -2003, 2004 , 2005 г., на XIV и XV Научно-технической конференциях Тульского артиллерийского инженерного института «Пути совершенствования ракетно-артиллерийских комплексов, средств управления войсками и оружием, их эксплуатации и ремонта» в Туле (РФ)- 2003, 2005 г., на-III' научной конференции Волжского регионального центра РАРАН (ВРЦ РАРАН) «Современные методы проектирования и- отработки ракетно-артиллерийского вооружения» в г, Сарове (РФ) - 2003 г., на Региональных НТК «Техника XXI века глазами молодых ученых и специалистов» в г. Туле (РФ) - 2001, 2002, 2004п, на Региональной НІЖ «Молодые ученые центра России: вклад в науку XXI века» в г. Туле - 2003 г.
Работа выполнялась в рамках гранта Губернатора Тульской области в сфере науки и техники «Разработка экспериментально-теоретических методов прогнозирования кинетики поверхностной приработки деталей автоматики стрелково-пушечного вооружения на этапе проектирования» (2004 год) на кафедре «Расчет и проектирование автоматических машин» Тульского государственного университета (г. Тула, РФ), где автор работает инженером и является заочным аспирантом.
