IRREVERSIBLE DEFORMING AND HEATING OF AN ELASTOVISCOPLASTIC MATERIAL IN A ROUND PIPE WITH A LUBRICANT LAYER

Abstract


The paper presents a non-isothermal boundary value problem of material deformation in a rigid round pipe in the presence of a lubricant layer within the large strain model. Deformation and movement of the material and lubricant occur under a pressure difference increasing with time. Initially, the adhesion conditions are satisfied at the boundary of the pipe with the lubricant, then, as the load increases, the lubricant begins to slip, and friction against the pipe causes its heating. Heating of the materials also takes place in the process of accumulation of plastic strains. The base material and the lubricant have elastic, viscous and plastic properties, and also have different values of elastic moduli, yield strength and viscosity coefficient. The dependence of yield strengths and viscosity coefficients on temperature is also taken into account. Reversible deformation, occurrence and development of viscoplastic flow in the lubricant layer and flow propagation into the base material are considered.


Full Text

В процессе эксплуатации любого оборудования его износ неизбежен, и исключить его полностью нельзя, можно только учесть и постараться каким-либо образом замедлить и снизить [1-3]. Эксплуатационный износ, возникающий за счет трения деталей при контакте двух поверхностей и их взаимном воздействии друг на друга, можно снизить применением различных смазок и специальных покрытий [4]. Нанесению защитных покрытий – в том числе многослойных, гибридных, композиционных и наноструктурированных в последние годы уделяют особое внимание в машиностроении, поскольку такой способ демонстрирует свою очевидную эффективность в вопросах упрочнения деталей машин и увеличения суммарного ресурса [5-8]. При обработке металлов давлением всегда происходит некоторый разогрев материала вследствие выделения теплоты от деформации и трения [9-13]. Поверхностные слои соприкасающихся материалов при обработке давлением изменяются в основном под действием значительных деформаций, развивающихся в тонком поверхностном слое, приводящих к его нагреву. Особую роль при этом играет тепловой эффект трения [14-18] при деформации с применением технологических смазок, хотя наличие смазки не гарантирует полное отсутствие нагрева материала и его деформирования. Такие эффекты также существенно влияют на износостойкость деталей и их длительную прочность, поэтому их изучение направлено на возможность прогнозирования износостойкости деталей и предложение способов повышения усталостной прочности конструкций. В данной работе рассмотрим краевую задачу о деформировании материала в жесткой круглой трубе при наличии слоя смазки. Основной материал и слой смазки полагаем несжимаемыми упруговязкопластическими материалами, характеризующимися разными параметрами. Наличие трения смазки со стенкой трубы вызывает ее деформирование и разогрев. Изменение температуры материала и смазки также связано с накоплением ими значительных необратимых (пластических) деформаций, как в слое смазки, так и в основном материале. поэтому учитывается взаимосвязанность процессов деформирования и теплопередачи (связанная задача), а также зависимость постоянных материала (предел текучести, вязкость) от температуры. Решение строится с использованием модели больших деформаций [19-21] с учетом тепловых [22] и вязких эффектов [23]. Ранее в рамках модели было исследовано деформирование и разогрев материала в круглой трубе, как только за счет необратимого деформирования (ползучесть и пластическое течение) [24], так и с учетом трения материала о жесткую поверхность трубы [25].

About the authors

L. V Kovtanyuk

Institute of Automation and Control Processes FEB RAS, Vladivostok, Russian Federation

Author for correspondence.
Email: lk@iacp.dvo.ru

G. L Panchenko

Institute of Automation and Control Processes FEB RAS, Vladivostok, Russian Federation, Vladivostok State University, Vladivostok, Russian Federation

Email: panchenko@iacp.dvo.ru

E. O Popova

Institute of Automation and Control Processes FEB RAS, Vladivostok, Russian Federation

Email: polenao@bk.ru

References

  1. Крагельский И.В. Трение и износ. – М.: Машиностроение, 1968. – 480с
  2. Погодаев Л.И., Голубев Н.Ф. Теория и практика прогнозирования износостойкости и долговечности материалов и деталей машин. С.-Петерб. гос. ун-т вод. коммуникаций. – СПб.: СПбГУВК, 1997. – 415 с
  3. Технологическое обеспечение и повышение эксплуатационных свойств деталей и их соединений / А.Г. Суслов [и др.] / Под общ. ред. А.Г. Суслова. – Москва: Машиностроение, 2006. – 447 с
  4. Когаев В.П., Дроздов Ю.М. Прочность и износостойкость деталей машин. – М.: Металлургия, 1972. – 192 с
  5. Криони Н.К., Мигранов М.Ш., Шехтман С.Р. Наноструктурированные вакуумные ионно-плазменные покрытия. – М.: Инновационное машиностроение, 2017. – 367 с
  6. Григорьев С.Н., Верещака А.А., Волосова М.А. Современные многослойно-композиционные наноструктурированные покрытия для твердосплавного и керамического режущего инструмента. – М.: МГТУ «СТАНКИН», 2020. – 164 с
  7. Композиционное неорганическое покрытие с нанопористой матрицей из оксида алюминия / Ю. В. Юферов [и др.] // Вестник технологического университета. – 2017. – 20(12). – C. 35-37
  8. Многослойные наноструктурные композиционные покрытия для фрезерования хромоникелевых сплавов / М.Ш. Мигранов [и др.] // Вестник Тверского государственного технического университета. Серия «Технические науки». – 2022. – № 3 (15). – С. 30-37. doi: 10.46573/2658-5030-2022-3-30-3
  9. Бернштейн М.Л., Займовский В. А, Капуткина Л. М. Термомеханическая обработка стали. – М.: Металлургия, 1983. – 480 с
  10. Лахтин Ю.М. Металловедение и термическая обработка металлов. – М.: Металлургия, 1983. – 360 с
  11. Смирнов М.А., Счастливцев В.М., Журавлев Л.Г. Основы термической обработки стали. – Екатеринбург : УрО РАН, 1999. – 496 с
  12. Колмогоров В.Л. Механика обработки металлов давлением. Екатеринбург: Издат. Уральского гос. техн. ун-та – УПИ, 2001. – 836 с
  13. Steel and its heat treatment / ed. by T. Holm, P. Olsson, E. Troell. Molndal : Swerea IVF, 2012. – 712 p
  14. Переверзева О. В., Балакин В. А. Распределение теплоты между трущимися телами // Трение и износ. – 1992. Т. 13. – № 3. – С. 507-516
  15. Балакин В. А., Сергиенко В. П., Лысенок Ю. В. Теплофизические процессы в зоне фрикцион¬ного контакта // Трение и износ. – 2001. Т. 22. – № 1. С. 5-9
  16. Kennedy F.E. Thermal and thermomechanical effects in dry sliding // Wear. – 1984. – V. 100. – I. 1-3. – Pp. 453-476. doi: 10.1016/0043-1648(84)90026-
  17. Трение, износ и смазка (трибология и триботехника) / А.В. Чичинадзе [и др.] / Под общ. ред. А.В. Чичинадзе. – М.: Машиностроение, 2003. – 576 с
  18. Амосов А.П. Разогрев твердых тел при трении с износом // Доклады АН СССР, 1980. – Т. 252. – №2. – С. 344-347
  19. Быковцев Г.А., Шитиков А.В. Конечные деформации упругопластических сред // Докл. АН. – 1990. – Т. 311, № 1. – С. 59-62
  20. Буренин А.А., Быковцев Г.И., Ковтанюк Л.В. Об одной простой модели для упругопластической среды при конечных деформациях // Докл. АН. – 1996. – Т. 347. – № 2. – С. 199-201
  21. Буренин А.А., Ковтанюк Л.В. Большие необратимые деформации и упругое последействие. – Владивосток: Дальнаука, 2013. – 312 с
  22. Ковтанюк Л.В. Моделирование больших упругопластических деформаций в неизотермическом случае // Дальневост. матем. журн. – 2004. – Т.5, № 1. – С. 110–120
  23. Ковтанюк Л.В., Шитиков А.В. О теории больших упругопластических деформаций при учете температурных и реологических эффектов // Вестник ДВО РАН. – 2006. – № 4. – С. 87-93
  24. Ковтанюк Л.В., Панченко Г.Л., Попова Е.О. Производство тепла за счет деформаций ползучести и пристеночного вязкопластического течения в материале пробки в круглой трубе под действием переменного перепада давления // Изв. РАН. МТТ. – 2024. – № 5. – С. 84-101. doi: 10.31857/S102635192405005
  25. Ковтанюк Л.В., Панченко Г.Л., Попова Е.О. Деформирование и разогрев за счёт приповерхностного трения материала пробки в круглой трубе при её движении под действием изменяющегося перепада давления // Ученые записки Комсомольского-на-Амуре государственного технического университета. – 2024. – № 7 (79). – С. 68-76
  26. Лурье А.И. Нелинейная теория упругости. – М.: Наука, 1980. – 512 с
  27. Ишлинский А.Ю., Ивлев Д.Д. Математическая теория пластичности. – М.: Физматлит, 2001. – 704 с
  28. Быковцев Г.И., Ивлев Д.Д. Теория пластичности. – Владивосток: Дальнаука, 1998. – 528 с
  29. Pla F., Mancho A.M., Herrero H. Bifurcation phenomena in a convection problem with temperature dependent viscosity at low aspect ratio // Physica D: Nonlinear Phenomena. – 2009. – V. 238. – I. 5. – Pp. 572-580. doi: 10.1016/j.physd.2008.12.01
  30. Самарский А. А. Теория разностных схем. – М.: Наука, 1989. – 616

Statistics

Views

Abstract - 170

PDF (Russian) - 9

Cited-By


PlumX


Copyright (c) 2025 Kovtanyuk L.V., Panchenko G.L., Popova E.O.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.

This website uses cookies

You consent to our cookies if you continue to use our website.

About Cookies