НЕОБРАТИМОЕ ДЕФОРМИРОВАНИЕ И РАЗОГРЕВ УПРУГОВЯЗКОПЛАСТИЧЕСКОГО МАТЕРИАЛА В КРУГЛОЙ ТРУБЕ ПРИ НАЛИЧИИ СЛОЯ СМАЗКИ

  • Авторы: Ковтанюк Л.В1, Панченко Г.Л2, Попова Е.О1
  • Учреждения:
    1. Институт автоматики и процессов управления Дальневосточного отделения Российской академии наук, Владивосток, Российская Федерация
    2. Институт автоматики и процессов управления Дальневосточного отделения Российской академии наук, Владивосток, Российская Федерация, Владивостокский государственный университет, Владивосток, Российская Федерация
  • Выпуск: № 3 (2025)
  • Страницы: 81-91
  • Раздел: Статьи
  • URL: https://ered.pstu.ru/index.php/mechanics/article/view/4655
  • DOI: https://doi.org/10.15593/perm.mech/2025.3.07
  • Цитировать

Аннотация


В рамках модели больших деформаций рассматривается неизотермическая краевая задача о деформировании материала в жесткой круглой трубе при наличии слоя смазки. Деформирование и продвижение материала и смазки происходит вследствие приложения возрастающего со временем перепада давления. Сначала на границе трубы со смазкой выполняются условия прилипания, затем при увеличении нагрузки смазочный материал начинает проскальзывать, и трение о трубу вызывает его разогрев. Разогрев материалов также происходит в процессе накопления ими пластических деформаций. Основной материал и смазка обладают упругими, вязкими и пластическими свойствами, а также имеют разные значения упругих модулей, предела текучести и коэффициента вязкости. Также учитывается зависимость пределов текучести и коэффициентов вязкости от температуры. Рассмотрены обратимое деформирование, возникновение и развитие вязкопластического течения в слое смазки и распространение течения в основной материал.


Полный текст

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].

Об авторах

Л. В Ковтанюк

Институт автоматики и процессов управления Дальневосточного отделения Российской академии наук, Владивосток, Российская Федерация

Автор, ответственный за переписку.
Email: lk@iacp.dvo.ru

Г. Л Панченко

Институт автоматики и процессов управления Дальневосточного отделения Российской академии наук, Владивосток, Российская Федерация, Владивостокский государственный университет, Владивосток, Российская Федерация

Email: panchenko@iacp.dvo.ru

Е. О Попова

Институт автоматики и процессов управления Дальневосточного отделения Российской академии наук, Владивосток, Российская Федерация

Email: polenao@bk.ru

Список литературы

  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

Статистика

Просмотры

Аннотация - 277

PDF (Russian) - 14

Cited-By


PlumX

Комментарии к статье

Комментарии к статье

Посмотреть все комментарии

© Ковтанюк Л.В., Панченко Г.Л., Попова Е.О., 2025

Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.

Данный сайт использует cookie-файлы

Продолжая использовать наш сайт, вы даете согласие на обработку файлов cookie, которые обеспечивают правильную работу сайта.

О куки-файлах