Введение к работе
Актуальность проблемы
Улучшение эксплуатационных свойств трибоматериалов за счет повышения надежности, долговечности и экономичности на сегодняшний день является одной из актуальных и значимых задач машино- и приборостроения. Потери средств от трения и износа в развитых государствах достигают 4...5 % национального дохода, а преодоление сопротивления трению поглощает во всем мире 20...25 % вырабатываемой за год энергии.
Изнашивание приводит к нарушению герметичности узлов, теряется точность взаимного расположения деталей и перемещений. Возникают заклинивания, удары, вибрации, приводящие к поломкам. Из-за износа, плохой регулировки и неправильно подобранных материалов теряется около 15% мощности двигателя. Изношенные ДВС выбрасывают в атмосферу большое количество СО, соединений свинца и других вредных веществ. В связи с этим обострена экологическая проблема применения ДВС. Простои автомобилей из-за технических неисправностей в среднем автохозяйстве достигают 30-40% календарного времени.
В технике трение является инициатором деформационных, динамических, тепловых, акустических, электрических, адгезионных и других процессов, определяющих ресурс узлов трения машин, их энергетику и эффективность.
Первичной проблемой при изучении трения является контактирование
соприкасающихся поверхностей. Трибологами была разработана модель
дискретного контактирования твердых тел при трении и гипотеза о
двойственной природе фрикционного взаимодействия. Впервые она была
сформулирована В.Д.Кузнецовым, Ф.П.Боуденом, Д.Тейбором,
И.В.Крагельским и развита Н.Б.Демкиным, Н.М.Михиным,
Н.М.Добычиным, В.С.Комбаловым, Е.Ф.Не|юЩ№1^У^Діх Иіш|ш этой
MMNOtlKA І
4 работы явилось описание процессов трения и изнашивания твердых тел с
учетом физических и химических явлений.
Особую категорию в трении представляет малоамплитудный
фреттинг - процесс. В этом случае фрикционные процессы сочетаются с
ярко проявляющимися явлениями поверхностной и объемной усталости,
коррозии. В силу многообразия факторов, определяющих природу
фреттинг-процесса, до настоящего времени не сформировалось единого
мнения о механизмах его проявления. Это приводит к значительным
трудностям в решении прикладных задач трибоматериаловедения.
Развитие теоретических основ малоамплитудного фреттинга,
базирующееся на фундаментальных физико-механических и
энергетических представлениях позволит выйти на новый уровень в
проектировании и технологической разработке материалов для повышения
эксплуатационных свойств пар трения.
Цель исследования
Целью диссертационной работы является развитие силовой модели и обоснование синергетической модели механизма фреттинг - процесса в материалах с целью их дальнейшего проектирования и технологической оптимизации свойств.
Задачи работы
Для достижения указанной цели решались следующие задачи:
-
Проведение анализа современного состояния вопроса по механизмам и моделям фреттинг-процесса.
-
Исследование и разработка силовой модели малоамплитудного фреттинга на основе вибромеханики контакта.
-
Развитие энергетических аспектов процесса трения в условиях фреттинга с использованием синергетического подхода.
-
Экспериментальная оценка адекватности расчетных моделей реальным параметрам трения при фреттинг - процессе.
5
Методы и средства исследования '
Теоретические исследования выполнены с использованием основных
Положений системного анализа и математического моделирования, а также
соответствующих разделов теории дифференциального исчисления. При
выполнении работы использовались: метод аналитического
математического моделирования, численные методы, методы
математической статистики, аппарат дифференциальных и алгебраических
уравнений с применением традиционных способов их решения. В
процессе исследования были проанализированы: техническая
документация, справочная литература, публикации по теме исследования.
Сопоставление адекватности исследуемых моделей с
экспериментальными данными проводилось с использованием компьютерной программы Mathcad 6.0. и Excel 7.0 с обработкой полученных данных на IBM PC совместимых компьютерах.
Научная новизна исследования состоит в следующем:
- получена аналитическая зависимость, позволяющая связать
коэффициент трения при малоамплитудном фреттинг - процессе с
базовыми физико - механическими характеристиками материалов пар
трения;
- получено уравнение для описания процесса нагружения при
фреттинге, установлен вид скелетной кривой;
определен физический смысл параметра пластичности, характеризующего способность контакта к деформационному упрочнению;
- установлена взаимосвязь между микроскопическим запасом силы
трения и параметром пластичности. Получено уравнение нагружения
контакта, содержащее один параметр кривой нагружения - параметр
пластичности;
- получена зависимость для определения плотности предельной энергии деформации поверхностного слоя с учетом числа циклов
нагружения в условиях малоамплитудного фреттинг-процесса. Основные положения, выносимые на защиту :
методы математического описания трения в условиях малоамплитудного фреттинг - процесса;
физическое толкование базового показателя - параметра пластичности, позволяющего связать прочностные свойства материала с трением в условиях фреттинга;
энергетическую модель мало- и микроамплитудного фреттинг -процесса.
Практическую ценность составляют:
полученные силовая и энергетическая модели трения в условиях малоамплитудного фреттинг - процесса;
возможность прогнозирования и проектирования поведения и свойств материалов пар трения, эксплуатирующихся в условиях фреттинга;
возможность создания информационных баз знаний на основе теоретических расчетов с целью проектирования новых материалов с заданными свойствами (фреттингостойкость).
Реализация и внедрение результатов исследования:
методики расчетов переданы для реализации и опытного внедрения в практику работы конструктррско - технологических служб ОАО «Кремний» и НИИ «Изотерм»;
используются в учебном процессе БГУ, БГИТА при чтении курсов «Физические основы прочности» и «Избранные разделы теории трения твердых тел».
Апробация работы
Основные положения диссертации докладывались и обсуждались:
1) на секциях конференций:
Международной конференции «Конструкционные и функциональные материалы КФМ - 97», Львов, октябрь 1997;
7 Всероссийской научно - технической конференции
«Машиностроительные технологии», Москва, МГТУ им. Баумана, 1998;
VI Международной конференции «Лазерные технологии.
Фундаментальные проблемы и приложения», Шатура - 1998;
- Внутривузовской конференции «Вклад ученых специалистов в
национальную экономику», Брянск, 1998;
- Региональных научно - технических конференциях «Вклад ученых и
специалистов в национальную экономику», г.Брянск, 16-18 мая 2001 г.;
16 - 18 мая 2002 г.; 22 - 23 мая 2003 г.
2) на тематических межкафедральных семинарах преподавателей и
аспирантов БГИТА и БГУ. Публикации
По материалам диссертации опубликовано 13 печатных работ. Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения,
-
глав и заключения, изложенных на 150 страницах машинописного текста, списка используемых литературных источников, включающего 123 наименования работ отечественных и зарубежных авторов, 47 рисунков,
-
таблиц. Общий объем диссертации составляет 160 страниц.
