Full Text

Эксплуатационные характеристики контактирую-щих деталей конструкции напрямую определяются свойствами контакта сопряженных поверхностей. При решении многих задач теплового, механического и электрического контактного взаимодействия шерохова-тость поверхности является ключевым фактором [1–6]. Процессы трения и изнашивания происходят именно на фактической площади контакта и зависят не только от свойств материала, но и от межконтактного давления на этой площади, поскольку величина фактического давления определяет разрушение поверхностных пленок и возникновение адгезионных связей в контакте. Характеристиками, определяющими контактную прочность, жесткость, термо- и электросопротивление, от которых зависят силы трения и износа, являются па-раметры сближения поверхностей (перемещение одной поверхности касания относительно другой) и, как след-ствие, изменение фактической площади контакта. Именно на поверхностях фактического контакта проис-ходят процессы адгезионного и фрикционного взаимо-действий; локальное разрушение поверхностей, перенос электрических зарядов и тепловой энергии. Экспериментальные исследования с целью определения площади фактического контакта и величины сближения контактирующих поверхностей достаточно трудоемки и не дают ясного представления о реальной величине сближения поверхностей, проницаемости контакта и объеме межконтактных зазоров. Одним из способов численного моделирования кон-такта является разбиение реального профиля на отдель-ные участки, в результате чего он формализуется и представляется как набор стержней с элементарной площадью основания и соответствующей высотой. Числовая матрица с числом элементов, равным фикси-рованному количеству элементарных площадок, распо-ложенных на сопрягаемых поверхностях, является ма-тематическим аналогом такого геометрического пред-ставления [7]. При этом силы трения между смоделированными поверхностями не учитываются. В последнее время для моделирования контакта шероховатых поверхностей используется фрактальная геометрия [8; 9]. Преимущество такого подхода заклю-чается в том, что фрактальные параметры остаются постоянными на всех масштабах измерения шероховатости и не зависят от длины выборки. Взаимодействие твердых тел с реальной топографией поверхности можно правильно оценить только с учетом микротопографии поверхности, которая далека от идеальной [7]. В настоящее время микрорельеф поверхности контакта определяется в основном по характеристикам профиля [10]. В общем случае характеристики микрорельефа шероховатой поверхности не совпадают с характеристиками профиля этой поверхности [11; 12]. Осуществление анализа микрорельефа поверхностей при таком подходе представляет существенные трудности. Одним из выходов из этой ситуации является создание трехмерной модели шероховатой поверхности, наиболее близкой к реальной, с использованием ее для дальнейших расчетов характеристик контакта [13–15]. Во многих известных работах для описания шероховатости поверхности используются волновые функции [17; 18], что, безусловно, сказывается на характере результатов расчета. Анализ профилограмм контактных поверхностей показывает, что профиль шероховатости поверхности носит случайный характер, который невозможно описать повторяющейся функцией. Поэтому поверхности микронеровностей, смоделированные методом с использованием волновых функций, некорректно отображают микрорельеф поверхности и, как следствие, фактическую площадь контакта между поверхностями. Как правило, при расчетах характеристик контакт-ного взаимодействия микрорельефа поверхностей ши-роко используются различные аналитические методы [19; 20], позволяющие достаточно быстро определить основные характеристики контактного взаимодействия при однократном нагружении. При этом большинство из этих методов используют ряд допущений, связанных со специфическими условиями области их применения, для которых эти допущения носили оправданный ха-рактер. Учёт реального распределения выступов по высоте обычно решается с использованием кривой опорной поверхности [21] или с использованием статистических функций распределения [22–24], воспользоваться которыми в реальных задачах из-за ряда эмпирических коэффициентов достаточно затруднительно. Если рассматривать решения задач контактного взаимодействия при циклическом нагружении, то в ли-тературе по данному вопросу отсутствуют адекватные аналитические модели, применимые для инженерных расчетов, а представлены лишь экспериментальные данные о изменении параметров контакта. При этом стоит отметить, что неполнота приведенных экспери-ментальных данных, а также отсутствие описания про-филя шероховатости поверхности не позволяют исполь-зовать эти данные для последующего сравнения. От части таких допущений можно избавиться при использовании современных информационных технологий [25], позволяющих выполнять обработку значительных объемов статистической информации о параметрах рассматриваемых контактирующих поверхностей. Современные программные и аппаратные средства цифровой обработки различных видов информации позволяют создавать цифровые двойники микрорельефа поверхности для контактных задач [26–29]. С их помо-щью можно создавать цифровые модели контактной пары на основе параметров рельефа поверхности, пол-ностью учитывающие микрорельеф и повторяющие интегральные характеристики исходных данных.

About the authors

A. D. Ezhov

Moscow Aviation Institute (National Research University)

L. V. Bykov

Moscow Aviation Institute (National Research University)

Yu. A. Krylova

Moscow Aviation Institute (National Research University)

References

Statistics

Views

Abstract - 142

PDF (Russian) - 114