авторефераты диссертаций www.z-pdf.ru
БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА
 

На правах рукописи

Рачишкин Андрей Александрович

ИМИТАЦИОННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ДИСКРЕТНОГО

ФРИКЦИОННОГО КОНТАКТА.

Специальность 05.02.04 - Трение и износ в машинах

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание учёной степени

кандидата технических наук

Тверь, 2015

2

Работа выполнена на кафедре “Прикладной физики”

ФГБОУ ВПО

“Тверской государственный технический университет” (ТвГТУ).

Научный Руководитель:

Болотов

Александр

Николаевич,

доктор технических наук, профессор,

зав. кафедры “Прикладная физика”

ФГБОУ

ВПО

“Тверской

государственный

технический

университет”

Официальные оппоненты:

Курапов Павел Анатольевич, доктор

технических наук, ведущий научный

сотрудник

НИИ

Технологии

и

организации производства двигателей

ФГУП АО НПЦ газотурбостроения

«САЛЮТ»

Асланян Ирина Рудиковна, доктор

технических наук, зам. начальника

лаборатории прочности и надежности

материалов авиационных двигателей и

силовых

энергетических

установок

ФГУП «ВИАМ», т. 89253705953

Ведущая

организация:

Акционерное

общество

«Центральное

конструкторское бюро транспортного машиностроения»

Защита состоится “12” января 2016 г в 16 часов на заседании

диссертационного совета Д 212.262.02 при ФГБОУ ВПО ТвГТУ по адресу:

170026, г. Тверь, наб. Аф. Никитина, 22, ауд. Ц-120.

С диссертацией можно ознакомится в библиотеке и на сайте ФГБОУ

ВПО

«Тверской

государственный

технический

университет»

http://www.tstu.tver.ru.

Автореферат разослан “__” ___________2015г.

Учёный секретарь диссертационного

В.И.Гультяев

совета, доктор технических наук

3

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТ

Актуальность темы. В современной инженерной практике

широкое

распространение

получило

компьютерное

моделирование

процессов,

протекающих при эксплуатации различных машин и механизмов. Данный

подход позволяет объединить и теоретически развить аналитические и

экспериментальные методы исследований сложных технических систем.

Изучение фрикционного взаимодействия на контактирующих поверхностях

деталей машин является объектом исследований одной из фундаментальных

дисциплин

машиноведения

трибологии,

поэтому

компьютерное

моделирование процессов, происходящих при трении и износе, является

актуальной научной задачей.

Степень разработанности проблемы. Актуальность темы диссертации

подтверждается значительным объёмом публикаций в мировых научных

изданиях,

посвящённых

компьютерному

моделированию

процессов,

происходящих на фрикционном контакте. Однако,

следует отметить

ограниченное количество исследований, посвящённых

контактному и

фрикционному взаимодействию моделей шероховатых поверхностей при

упругопластических деформациях микронеровностей, в том числе и при

наличии

функциональных

покрытий.

Кроме

того,

существующие

компьютерные модели реализуют либо

2-х мерные подходы для анализа

топографии шероховатых поверхностей, либо 3-х мерные, основанные на

теории случайного поля, которые не адекватно описывают топографию

реальных технических поверхностей и

затрудняют использование решений

контактных задач теории упругости и пластичности, применяемых для

напряжённо-деформированного

состояния

единичных

моделирования

микронеровностей.

Цель работы: исследование функциональных свойств трибосопряжений

с

помощью

трёхмерного

компьютерного

моделирования

топографии

4

технических

поверхностей

и

учёта

упругопластических

деформаций

микронеровностей, в том числе и при наличии функциональных покрытий.

Задачи исследований.

1.

Разработать алгоритмы имитационного моделирования фрикционного

контакта, основанные на 3-х мерном моделировании топографии технических

поверхностей

и

учитывающие

упругопластические

деформации

микронеровностей, в том числе и при наличии функциональных, относительно

мягких покрытий.

2.

Создать компьютерную программу, имеющую блочно - модульную

архитектуру

основанную

на

принципах

объектно

-

ориентированного

программирования, реализующую разработанные алгоритмы имитационного

моделирования фрикционного контакта в виде программных модулей,

входящих в неё, и позволяющую проводить исследования работоспособности

многофункциональных трибосопряжений.

3.

На основе собственных экспериментов и результатах,

полученных

независимыми

исследователями,

провести

комплексное

тестирование

разработанных алгоритмов и программных модулей входящих в компьютерную

программу.

4.

Провести исследования

характеристик трибосопряжений

различного

функционального назначения с использованием алгоритмов имитационного

моделирования,

программы.

реализуемых с помощью разработанной компьютерной

Научная новизна.

1.

Создан алгоритм генерации 3-х мерного

распределения моделей

микронеровностей

в виде сегментов эллипсоидов по номинально плоской

поверхности,

поверхностей.

позволяющий адекватно описывать топографию технических

2.

Предложены

унификации

алгоритмов

расчётов

характеристик

контактного и фрикционного взаимодействия модели микронеровности в

5

условиях упругопластических деформаций, как для твёрдых тел, так и для

поверхностей, имеющих функциональные покрытия.

3.

Разработан

алгоритм,

учитывающий

влияние

локального

износа

покрытий

на

фрикционные

свойства

трибосопряжений,

имеющих

антифрикционные покрытия, на различных этапах их жизненного цикла.

4.

Сформулированы методы имитационного моделирования оптимальных

по

минимуму

износа

режимов

эксплуатации

трибосопряжений

с

антифрикционными покрытиями.

Практическая значимость.

1.

Разработана и реализована компьютерная программа, имеющая блочно -

модульную архитектуру, позволяющая моделировать топографию реальных

технических

поверхностей

и

фрикционное

взаимодействие

на

пятнах

фактического контакта. Данное программное средство защищено двумя

свидетельствами о гос. регистрации программ для ЭВМ.

2.

Предложена

методика

комплексного

тестирования

алгоритмов

и

программных модулей входящих в разработанную компьютерную программу.

3.

Разработаны

методики,

позволяющие

оптимизировать

параметры

микрогеометрии технических поверхностей и учитывать влияние

режимов

эксплуатации на характеристики трибосопряжений с различными исходными

фрикционного

контакта

с

помощью

компьютерного

параметрами

моделирования.

4. Разработан метод повышения достоверности результатов компьютерного

моделирования за счёт

возможности учёта, в созданном программном

средстве, эволюции определяющих параметров фрикционного контакта на

различных этапах жизненного цикла трибосопряжения.

Методы

исследований. При выполнении работы использовались

современные

программные

технологии

компьютерного

моделирования,

достоверные модели контактного и фрикционного взаимодействия единичных

микронеровностей, учитывающие их упругопластические деформации, в том

числе и при наличии относительно мягких функциональных покрытий,

6

применены методы теории вероятности и математической статистики.

Экспериментальные исследования параметров микрогеометрии шероховатых

поверхностей и фрикционных характеристик трибосопряжений поводилось с

использованием поверенного лабораторного оборудования.

Положения, выносимые на защиту.

1.

Представление шероховатых поверхностей посредством трёхмерной

компьютерной

модели,

проектирование

и

распределение

моделей

микронеровностей, алгоритмы контактного и фрикционного взаимодействия в

виртуальной среде, унифицированное математическое описание эволюции

определяющих параметров фрикционного контакта на различных этапах

жизненного цикла трибосопряжения.

2.

Компьютерная программа, реализующая моделирование

процессов,

протекающих в зоне фрикционного контакта и возможность её использования

в качестве инструмента исследования работоспособности трибосопряжений.

3.

Методы комплексного тестирования разработанной компьютерной

программы, подтверждающие адекватность получаемых с её помощью

результатов.

4.

Алгоритм, учитывающий влияние локального износа

покрытий на

фрикционные свойства трибосопряжений,

имеющих антифрикционные

покрытия,

на

различных

этапах

их

жизненного

цикла

и

принцип

имитационного моделирования оптимальных, по минимуму износа, режимов

эксплуатации трибосопряжений с антифрикционными покрытиями.

Степень

достоверности

результатов

работы.

Достоверность

результатов работы основана на проведении проверочных

расчётов,

базирующихся на

теоретических и численных данных опубликованных в

известной научной литературе; сопоставлением экспериментов независимых

исследований и собственных экспериментальных данных с результатами

компьютерного моделирования; применением опробованных и признанных

научной общественностью методов исследований и широкой апробацией

результатов работы.

7

Апробация работы. Основные положения работы докладывались на

международных, всероссийских и региональных конференциях и семинарах:

научно-технической

конференции

студентов

и

аспирантов

машиностроительного факультета «Проблемы машиностроения – 2013» (Тверь

2013г.); Х Всероссийской конференции “Новые технологии” (Москва, РАН

2013г.);

Всероссийской

научно-технической

конференции

с

участием

иностранных специалистов «Трибология - машиностроению» (Москва, 2014г.);

на

международной

научно

технической

конференции

«Полимерные

композиты и трибология» (Поликомтриб-2015, респ. Беларусь, Гомель 2015г.);

семинарах по механике и физике контактного взаимодействия твёрдых тел

кафедры Прикладная физика” ФГБОУ ВПО “Тверской государственный

технический университет”.

Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, 4-х глав,

заключения, списка литературы из 138 наименований и приложения. Работа

изложена на

300 стр. текста, содержит 29 рисунков и 4 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении рассматривается актуальность работы, изложены её новизна

и практическая значимость.

В первой главе проведён обзор

исследований связанных с

компьютерным моделированием фрикционного контакта. Показано, что

модель

контактного

и

фрикционного

взаимодействия

единичной

микронеровности является основой

прогнозирования работоспособности

трибосопряжений. Этот подход основан на рассмотрении контактных задач

теории упругости и пластичности применительно к телам

правильной

геометрической

формы.

Причём

кроме

аналитических

исследований

существуют работы, основанные на использовании численных методов, в том

числе метода конечных элементов и компьютерного моделирования. Стоит

особо отметить посвящённые этим исследованиям работы Н.М. Алексеева, И.Г.

Горячевой, К.Джонсона, В.В. Измайлова, А.П. Макушкина, О.В. Сутягина,

W.T. Chen, M.J. Matthewson, N. Panich. Построение модели топографии

8

технических поверхностей является неотъемлемой частью исследований

свойств трибосопряжений и осуществляется как с помощью компьютерного

моделирования: О.А. Горленко, В.В. Измайлов, Д.Г. Тигетов, В.П. Тихомиров,

B. Bhushan, I.Kogut, так и с использованием аналитических методов: Н.Б.

Дёмкин, И.В. Крагельский, J. A. Greenwood, J.B.P.Williamson. Принципиально

важные исследования

процессов, протекающих на фрикционном контакте,

проведены А.С. Ахматовым, В.А.Белым, И.А.Буяновским, Д.Н. Гаркуновым,

И.Г. Горячевой, Д.Г. Громаковским Ю.Н. Дроздовым, С.М. Захаровым, И.В.

Крагельским, Н.М. Михиным, Н.К.Мышкиным, В.Ф. Пичугиным, Л.Ш.

Шустером, F.P. Bouden, B. Bhushan, H. Chichos, K.Ludema. Работы в области

компьютерного

моделирования

многофункциональных

трибосопряжений,

позволяющие существенно улучшить качество таких программ, велись: Б. В.

Бирюковым, С.И. Дворецким, Д.С. Рыбаковым, А. Akay, D.H. Choi, X.A. Tian.

Проведённый

обзор

выявил

достоверную

экспериментально

-

теоретическую базу и комплексные программные решения, используемые при

моделировании

фрикционного взаимодействия. Исходя из него были

определены цели и задачи данной диссертационной работы. Решить их

возможно с использованием современных технологий программирования,

создав модульную программу трёхмерного компьютерного моделирования

фрикционного

взаимодействия

моделей

микронеровностей,

образующих

конечный участок технической

поверхности, и опираясь на аналитические

методы решений задач контактного и фрикционного взаимодействия, с учётом

упругопластических деформаций на пятнах фактического контакта, в том числе

и для трибосопряжений с функциональными покрытиями.

Во второй главе выстраивается концепция проектирования 3-х мерной

компьютерной

модели

шероховатой

поверхности,

обосновываются

и

разрабатываются применяемые аналитические решения.

Микронеровности

шероховатой

поверхности

представлены

в

качестве

одинаково

ориентированных сегментов эллипсоидов вращения,

центры оснований

которых распределены

по средней плоскости, а их высоты

и радиусы

9

изменяются по

случайному закону. Модель неровности в виде сегмента

эллипсоида вращения учитывает анизотропию контактирующих поверхностей.

Каждый сегмент эллипсоида вращения, моделирующий микронеровность,

имеет собственные геометрические параметры и координаты центра основания,

при этом пересечение оснований соседних сегментов не происходит. При

моделировании шероховатой поверхности в качестве

случайного закона

распределения неровностей по высоте, а также для описания расположения их

на серединной поверхности и распределения по величине радиусов их полуосей

используется бета-распределениe. Входными параметрами для моделирования

служат стандартные характеристики микрогеометрии, определяемые по

профилям технических поверхностей.

Описан применяемый математический аппарат, описывающий процессы

контактного и фрикционного взаимодействия моделей микронеровностей. За

его

основу

взята

уточнённая

модель

фрикционного

и

контактного

взаимодействия

единичной

неровности

шероховатой

поверхности

с

твердосмазочным покрытием (ТСП) при его упругих и упруго - пластических

деформациях. Условие равновесия для

сегментов микрошероховатостей,

находящихся в контакте, можно записать в таком виде:

,

(1)

где- -нормальная нагрузка, приложенная к шероховатой поверхности,

-

нагрузки на сегменты,

контактирующие с покрытием при его упругой деформации и

упругой деформации основания,

- нагрузки на сегменты контактирующие с покрытием

при его упругопластической деформации и упругой деформации основания,

- нагрузки

на сегменты, контактирующие с основанием при его упругой деформации,

- нагрузки

на сегменты контактирующие с основанием при его упругопластической деформации,

-

количество сегментов, контактирующих с покрытием при его упругой деформации и

упругой деформации основания, - количество сегментов, контактирующих с покрытием

при его упругопластической деформации и упругой деформации основания, - количество

сегментов,

контактирующих с основанием при его упругой деформации,

- количество

сегментов, контактирующих с основанием

при его упругопластической деформации. В

формуле (1) представлен основной принцип перехода от единичной модели к

aк1i

критическое внедрение

для этой же модели единичной микронеровности,

-

рассчитываемое в зависимости от её радиуса

,

-критическая нагрузка при которой

упругие

деформации

покрытия

переходят

в

упругопластические,

отношение

приведённых модулей упругости покрытия и основания δ – толщина покрытия,

-

приведённые модули упругости покрытия и полупространства соответственно,

и

-

коэффициенты аппроксимации результатов расчётов с помощью МКЭ, механических

свойств и толщины покрытия с которым она контактирует. Используя формулы (2) и (3)

10

шероховатой поверхности на примере определения нормальной нагрузки.

Соотношения для вычисления нагрузок на модель микронеровности при

упругом и упругопластическом контакте, согласно данным О.В. Сутягина,

можно представить в виде:

,

(2)

,

(3)

где ai – внедрение единичной модели микронеровности,

- коэффициент упругой осадки,

для поверхностей без

несложно получить аналогичные по смыслу выражения

покрытия.

По такому же принципу идёт расчёт и других параметров, например,

результирующей силы трения

, при его перемещении по относительно

мягкому упругопластическому покрытию, можно выразить в виде:

,

(4)

где

- тангенциальная

прочность

молекулярных связей на границе контакта сегмент-

покрытие;

- микротвёрдость по Виккерсу материала покрытия;

- функция

определяющая влияние основания на пластическое деформирование покрытия;

функция определяющая влияние основания на упругое деформирование покрытия;

11

–приведённый модуль упругости покрытия;

- модуль упругости материала

покрытия;

- коэффициент Пуассона материала покрытия;

- приведённый

модуль упругости основания;

- модуль упругости материала основания;

- коэффициент

Пуассона материала основания;

- толщина покрытия; ρ - радиус фактической площадки

контакта сегмента с покрытием;

- коэффициент упругой осадки;

–относительная

нагрузка для нормальной составляющей

, действующей на сегмент;

-

критическая нагрузка для упругопластического покрытия; S – безразмерный коэффициент,

значения которого зависят от принятых условий начала пластических деформаций; - радиус

сегмента.

При этом считается, что сегменты эллипсоидов абсолютно жёсткие, а

сгенерированная поверхность имеет приведённые параметры шероховатости,

соответствующие

случаю

контакта

двух

шероховатых

поверхностей.

Основными особенностями, при реализации имитационного моделирования,

являются:

1) физико – механические свойства покрытия и его толщина

изменяются для каждого сформировавшегося микроконтакта по случайному

закону или задаются постоянными для однородных покрытий;

2) доля поверхности с износом покрытия

может изменяться от 0 до

100%,

при

этом

в

последнем

случае

рассматривается

контактное

взаимодействие шероховатых поверхностей без покрытия при их упругих и

упругопластических деформациях.

Третья

глава

посвящена

разработке

программного

средства,

реализующего, разработанные во второй главе алгоритмы. Рассматриваются

преимущества

различных

языков

программирования

высокого

уровня,

описывается концепция компьютерного моделирования, и делается вывод о

создании

программного

приложения,

моделирующего

различные

функциональные свойства трибосопряжений, с помощью языка С#. Для

создания компьютерной программы использовалась программная платформа

Microsoft.NET Framework 4.0.

12

Создано описание общей концепции программы, анализ и представление

её входных и выходных данных, заключающиеся в реализации модульной

структуры программы рисунок 1.

Рис. 1. Общая блок-схема программы.

В блоке А отображён алгоритм генерации 3-х мерной модели

шероховатой поверхности, который будет описан в данной статье. Начиная с

этого блока, все получаемые данные

для каждой сгенерированной модели

микронеровности

3-х мерной модели размещаются

в ячейках специально

сформированной структуры данных, что позволяетпроизводить расчётные

процессы,

учитывая

индивидуальные

характеристики

каждой

микронеровности.

Блок Б производит расчёт внедрения и фактической

площади контакта сгенерированной шероховатой поверхности при упругих и

13

упругопластических деформациях отдельных микроконтактов для различных

нагрузок. Дальнейшие блоки являются наращиваемыми модулями, служащими

для создания различных физико-механических процессов.

Описана внутренняя структура приложения. Подробно рассматривается

объект

моделирования.

По

созданной

ранее

математической

модели

происходит

процесс

алгоритмизации

математического

аппарата

с

последующим его внедрением в структуру компьютерной программы. Данный

подход обеспечивает модульность программной архитектуры, что позволяет

гибко варьировать различные сегменты системы, улучшая и модернизируя их

не затрагивая при этом общее ядро.

Разработан интерфейс, призванный максимально упростить работу

оператора

с

создаваемым

программным

приложением.

Предложенный

интерфейс отображён на рисунке 2.

Рис. 2. Интерфейс программы.

Интерфейс включает в себя следующие элементы:1- блок ввода данных,

необходимых для построения компьютерной модели; командные кнопки: 2 -

включения генерации модели шероховатой поверхности, 3 - включение

14

построения графика опорной кривой смоделированной поверхности; 4- окно,

визуально отображающее в задаваемом масштабе фрагмент сгенерированной

модели шероховатой поверхности, на котором изображённые, частично

окрашенные, эллипсы

являются основаниями сегментов сгенерированных

моделей микронеровностей, причём чем больше окрашенная часть, тем больше

высота сегмента; 5-окно

служит для построения профилограмм моделей в

задаваемом масштабе, и окно 6, предназначено для

построения графиков

опорных кривых смоделированной поверхности и снятых с неё профилограмм.

Построение графиков опорных кривых

продольных и поперечных профилей

модели возможно с помощью клика мыши в визуальном окне 4, или заданием

соответствующих координат в ячейках ввода координат профиля 7. Вывод

информации о количестве неровностей, размещённых на шероховатой

поверхности, и её номинальных размерах отображается в блоке 8. Список

характеристик

каждой

модели

микронеровности,

смоделированной

шероховатой поверхности, размещён в окне 9 и

представляет из себя

последовательное отображение объектов класса, формирующих структуру

индивидуальных параметров всех моделей микронеровностей.

В

четвёртой

главе

осуществляется

комплексное

тестирование

созданного программного продукта с помощью разработанной методики,

позволяющей

наглядно

продемонстрировать

адекватность

различных

программных модулей компьютерной модели.

Проверка моделируемой топографии и её сопоставление с реальной

шероховатой поверхностью было осуществлено с помощью генерации

простейшей детерминированной

поверхности с неровностями в виде

одинаковых сферических сегментов, расположенных в узлах

квадратной

решётки с постоянным шагом. Результаты тестирования показали близкую к

100% сходимость программной реализации с аналитически полученными для

простейшей детерминированной поверхности соотношениями, описывающими

опорные кривые её профилей и поверхности. Сопоставляются результаты

экспериментальных

исследований

профилей

реальных

шероховатых

15

поверхностей с генерируемыми на их основе 3-х мерными моделями.

Статистически обработанные опорные кривые профилей 3-х мерных моделей

шероховатых поверхностей находятся в удовлетворительном соответствии со

статистически обработанными опорными кривыми профилограмм реальных

шероховатых поверхностей, являющихся их прообразами. Для данного модуля

программного

продукта

получено

свидетельство

о

государственной

регистрации программы для ЭВМ.

Для тестирования адекватности моделирования процессов внедрения и

фрикционного

взаимодействия,

были

использованы

экспериментальные

данные,

опубликованные в известной научной литературе, а также

собственные экспериментальные исследования. Установлено что, данные

имитационного моделирования на ЭВМ и эксперименты соответствуют друг

другу.

Экспериментальные исследования влияния нагрузки на коэффициент

трения антифрикционных покрытий ВНИИНП-212 и ЭОНИТ-3, а также

зависимости их интенсивности

изнашивания от нагрузки проводились на

торцевой машине трения. На рисунке 3 представлено сопоставление

результатов моделирования влияния нагрузки на коэффициент трения

антифрикционных

покрытий

с

проведёнными

экспериментальными

исследованиями.

Здесь

окрашенными

маркерами

отображаются

экспериментальные точки, а их контурами – точки, полученные с помощью

компьютерного моделирования. Представленные результаты показывают, что

разработанное

программное средство позволяет достоверно прогнозировать

коэффициент трения

реальных технических поверхностей с учётом

параметров их микрогеометрии, действующих нагрузок, наличия и толщины

антифрикционных покрытий.

16

Рис. 3. Влияние нагрузки на коэффициент трения: а) ВНИИНП-212,

б) ЭОНИТ-3 (обозначения см. в тексте).

Данные экспериментов, по исследованию зависимости интенсивности

изнашивания антифрикционных покрытий ВНИИНП-212 и ВНИИНП-230 от

нагрузки в сопоставлении с результатами компьютерного моделирования,

представлены на рисунке 4.

Рис. 4. Определение оптимальных контактных давлений. a) ТСП ВНИИНП-212,

б) ТСП ВНИИНП-230 ( - интенсивность линейного износа,

– доля

сегментов, для которых деформации покрытия перешла от упругой к

упругопластической).

Анализ

представленных

данных

показывает,

что

зависимость

интенсивности износа покрытий от давления имеет минимум, который

наступает, когда 50-60% микровыступов деформированы упругопластически.

Дальнейшее увеличение доли сегментов, под которыми формируются

упругопластические деформации, приводит к существенному возрастанию

интенсивности изнашивания покрытия. Поэтому давление, при котором 50-

60% контактирующих сегментов деформируют антифрикционное покрытие

упругопластически, можно считать оптимальным контактным давлением,

17

длительной эксплуатации антифрикционных покрытий со связующими из

полимерных материалов.

Результаты моделирования влияния процента износа антифрикционного

покрытия

ВНИИНП-230

на

коэффициент

трения

образца

20Х13

и

контрообразцов из стали 20Х13, меди М-1 и бронзы БрОЦСН3-7-5-1приведены

на рисунке 5.

Рис.5.Зависимость коэффициента трения от доли износа

антифрикционного покрытия (e-отношение площади поверхности трения с

полностью изношенным антифрикционным покрытием к общей площади

поверхности трения).

Из представленных данных видно, что при использовании контрообразцов из

антифрикционных материалов, срок эксплуатации

трибосопряжения с

антифрикционным покрытием на воздухе существенно возрастает из-за

отсутствия схватывания на пятнах фактического контакта.

Разработанные методики компьютерного моделирования

позволяют

прогнозировать характеристики контактного взаимодействия технических

поверхностей, достоверно определять

фактическую площадь контакта и

внедрение микронеровностей

не прибегая к экспериментам. Рассчитывать

коэффициент трения и оптимальное контактное давление, при фрикционном

взаимодействии

технических

поверхностей

с

учётом

параметров

их

микрогеометрии,

действующих

нагрузок,

наличия

и

толщины

антифрикционных

или

других,

относительно

мягких,

функциональных

покрытий, а также физико - механических свойств оснований и покрытий.

18

Данные программные блоки объединены в общую структуру и по ним

получено свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В ходе выполнения работы была достигнута поставленная цель и

выполнены все задачи. Получены следующие основные результаты:

1. Разработаны алгоритмы, отвечающие за создание виртуальной трёхмерной

шероховатой поверхности. Хорошая оптимизация и ориентация на

объектную

структуру

позволяют

адекватно

описывать

топографию

поверхности без потребления большого количества ресурсов ЭВМ и

проводить моделирование различных физико-механических процессов

быстро и без аппаратных сбоев.

2. Проведена унификация алгоритмов расчётов характеристик контактного и

фрикционного взаимодействия модели микронеровности в условиях

упругопластических деформаций, как для твёрдых тел, так и для

поверхностей имеющих функциональные покрытия. Структура программы

позволяет развивать и/или заменять математический аппарат, отвечающий

за эти процессы, что делает систему модернизируемой и расширяемой.

3. Проведено

комплексное

тестирование

разработанных

алгоритмов

и

программных модулей входящих в компьютерную программу. На них

получены свидетельства о государственной регистрации программ для

ЭВМ.

4. Проведено

имитационное

моделирование,

учитывающее

влияние

локального износа покрытий на фрикционные свойства трибосопряжений,

имеющих антифрикционные покрытия, на различных этапах их жизненного

цикла. Выявлена зависимость интенсивности износа покрытий от давления,

которая имеет минимум, наступающий, когда 50-60% микровыступов

деформированы упругопластически.

5. С помощью имитационного моделирования подтверждено, что при

использовании контрообразцов из антифрикционных материалов, срок

эксплуатации трибосопряжения с антифрикционным покрытием на воздухе

19

существенно

возрастает

из-за

отсутствия

схватывания

на

пятнах

фактического контакта.

Работы автора по теме диссертации, опубликованные в изданиях,

рекомендованных ВАК РФ.

1. Болотов А.Н. Трибологические характеристики смазочных масел с

нанодисперсной фазой../ А.Н. Болотов, В.В. Новиков, А.А. Рачишкин, И.В.

Горлов

// Известия

МГТУ

“МАМИ”.

Естественные

науки.

Научный

рецензируемый журнал.-М., МГТУ “МАМИ”, №3 (21).2014, т.4. с. 10-14.

2. Сутягин О.В. Триботехнические испытания твёрдосмазочных покрытий при

повышенных температурах и нагрузках./ О.В. Сутягин, А.Н. Болотов, А.А.

Рачишкин // Известия МГТУ “МАМИ”. Естественные науки. Научный

рецензируемый журнал.-М., МГТУ “МАМИ”, №1 (23).2015, т.4. с. 88-92.

3. Сутягин О.В. О прогнозировании коэффициента трения поверхностей с

твёрдосмазочными

покрытиями

компьютерным

моделированием

фрикционного взаимодействия./ О.В. Сутягин, А.Н. Болотов, А.А. Рачишкин //

Трение и смазка в машинах и механизмах.,2015,№9.с.37-42.

4. Сутягин О.В. Компьютерное моделирование микротопографии шероховатых

поверхностей./ О.В. Сутягин, А.Н. Болотов, А.А. Рачишкин // Трение и износ:

Научно-теоретический журнал. Минск: «Наука и техника»,2015,том 36, №5. с

536-545.

Авторские свидетельства, патенты и программы для ЭВМ автора по теме

диссертации.

5. Св-во о гос. регистрации программы для ЭВМ № 2014661957. Программа

моделирования 3-х мерных шероховатых поверхностей. / А.А. Рачишкин, А.Н.

Болотов, О.В. Сутягин; зарег. в реестре программ для ЭВМ 18.11.2014.

6. Св-во о гос. регистрации программы для ЭВМ №2015618079. Программа

моделирования контактного и фрикционного взаимодействия шероховатых

поверхностей./ А.А. Рачишкин, А.Н. Болотов, О.В. Сутягин; зарег. в реестре

программ для ЭВМ 30.07.2015.

Публикации в прочих изданиях по теме диссертации.

7. Рачишкин А.А. Создание трёхмерной компьютерной модели шероховатой

поверхности./ А.А. Рачишкин// Проблемы машиностроения – 2013: Материалы

научно-технической

конференции

студентов

и

аспирантов

машиностроительного факультета. –Тверь: ТвГТУ, 2013. с.120.

20

8. Сутягин О.В.

К оценке триботехнических свойств твёрдосмазочных

покрытий. / О.В. Сутягин, А.Н. Болотов, В.В. Мешков, С.В. Мединцев, А.А.

Рачишкин.//

Новые

технологии.

Том

1.-Материалы

Х

Всероссийской

конференции.-М.: РАН, 2013. С.52-62.

9. Болотов А.Н. Компьютерное моделирование топографии шероховатых

поверхностей.// А.Н. Болотов, О.В. Сутягин, А.А. Рачишкин.// Механика и

физика процессов на поверхности и в контакте твёрдых тел, деталей

технологического и энергетического оборудования: Межвуз. сб. науч.тр.

Тверь:ТвГТУ,2014. С 29-41.

10. Сутягин О.В.

Основы 3-х мерного компьютерного моделирования

контактного взаимодействия шероховатых поверхностей./ О.В. Сутягин, А.Н.

Болотов, А.А. Рачишкин.// Трибология- машиностроению: Труды десятой

юбилейной Всероссийской научно-технической конференции с участием

иностранных специалистов- М.: Издательство “Перо”, 2014. с 126.

11. Сутягин О.В. Фрикционные свойства трибосопряжений с твёрдо

смазочными покрытиями с позиций молекулярно-механической теории трения./

О.В. Сутягин, Г.Б. Бурдо, А.А. Рачишкин.// Механика и физика процессов на

поверхности и в контакте твёрдых тел, деталей технологического и

энергетического оборудования:Межвуз.сб. науч.тр. Тверь:ТвГТУ,2015. С 53-60.

12. Сутягин О.В. Исследование термического сопротивления шероховатого

контакта с покрытиями./ О.В. Сутягин, А.Н. Болотов, А.А. Рачишкин,

Э.А.Деменков // Поликомтриб-2015: Тезисы докладов международной научно-

технической конференции.- Гомель: ИММС НАНБ, 2015. с.107.



Похожие работы:

«Лыу Ань Туан ВЛИЯНИЕ ВОДНО-ТЕПЛОВОГО РЕЖИМА НА НЕСУЩУЮ СПОСОБНОСТЬ ИСКУССТВЕННЫХ ПОКРЫТИЙ АЭРОДРОМОВ В УСЛОВИЯХ СРВ Специальность 05.23.11 – Проектирование и строительство дорог, метрополитенов, аэродромов, мостов и транспортных тоннелей Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Москва 2015 1 Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Советник генерального директора ФГУП ГПИ и НИИ ГА Аэропроект Иванов Вадим Николаевич...»

«ЧЕШИНСКИЙ Валерий Леонидович НАУЧНО – ПРАКТИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ АДАПТАЦИИ СПОСОБА ПОЛУЧЕНИЯ СБИВНОГО ХЛЕБА К МАШИННОЙ ТЕХНОЛОГИИ 05.18.01 – Технология обработки, хранения и переработки злаковых, бобовых культур, крупяных продуктов, плодоовощной продукции и виноградарства АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Воронеж – 2015 Научный руководитель: Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Магомедов Газибег Омарович (ФГБОУ...»

«Башлыкова Анна Александровна Методики, алгоритмы и программные средства оценки качества сетевого программного обеспечения корпоративных информационных систем Специальность 05.13.11 – Математическое и программное обеспечение вычислительных машин, комплексов и компьютерных сетей АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук МОСКВА 2015 Работа выполнена на кафедре корпоративных информационных систем (КИС) федерального государственного бюджетного...»





 
© 2015 www.z-pdf.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.