Введение к работе
Актуальность темы.
"""" В-' силу" ~ технологии обработки поверхностей-,— их
взаимодействия с окружающей средой и других причин поверхностные слои твердых тел имеют разного вида неоднородности. Выделим здесь три вида неоднородностей, которые оказывают существенное влияние на контактные характеристики взаимодействующих поверхностей и их разрушение при трении (износ).
1. Механические неоднородности. Возникает в результате
обработки поверхностей нанесением покрытий, поверхностных
пленок, свойства которых (прочностные, упругие и др.) могут
существенно отличаться от свойств основного материала.
2. Геометрические неоднородности. К ним относятся естествен
ная или специально полученная микрогеометрия поверхности:
первую принято называть шероховатостью, вторую - микрорель
ефом поверхности. Такие поверхности в контакте отличаются
гем, что фактическая площадь контакта, проходящего по неров-
'гостям (за исключением случая полного их смятия), меньше
номинальной (т.е. площади односвязной области, содержащей
зсе пятна контакта); следовательно, фактическое давление в
областях фактического контакта может превышать осредненное
ю номинальной области контакта (номинальное давление).
5. Неоднородности триботехнических характеристик, например соэффидаента изнашивания. Они возникают вследствие специальных видов обработки поверхностей, в частности, 'ермическои и влияют на скорость изнашивания различных точек «ла, образование на них микрорельефа и т.д.
Первая и вторая группы неоднородностей оказывают влияние іа распределение напряжений внутри тел в приповерхностных
слоях, на места концентрации напряжений и, в конечном итоге на разрушение приповерхностного слоя, нарушение целостное! покрытий и т.д. Триботехнические неоднородности главнь; образом влияют на характер поверхностного изнашивания.
Многочисленные исследования, посвященные анализу влияни первых двух групп неоднородностей на характеристик контактного взаимодействия и напряженное состояние тел обычно рассматривают влияние либо шероховатости, либ покрытий.
Однако в связи со все более широким применением очен тонких покрытий, размер которых зачастую соизмерим размером микронеровностей, возникает задача определения мес концентрации напряжений для тел с покрытиями при и контактном взаимодействии с учетом характеристи микрорельефа взаимодействующих поверхностей. Работы имеющиеся в этом направлении, носят частный характер поскольку являются численными решениями задачи .ял: конкретных профилей поверхности.
Таким образом, разработка модели, учитывающей совместно? влияние двух групп неоднородностей, является актуальної научно-технической задачей.
В связи с развитием технологии локального упрочнениз поверхностей не менее важным является также исследование влияния параметров локального упрочнения на формоизменение поверхности в процессе трения, что требует развития МЄТОДОІ исследования износоконтактной задачи с переменнь» коэффициентом ИЗНОСОСТОЙКОСТИ.
Целью работы является: - развитие методов решения контактных задач, при постановке которых учитываются механические, геометрические v триботехнические неоднородности поверхностных слоев;
- анализ совместного влияния параметров геометрической и механической неоднородности поверхностей на контактные характеристики и места концентрации напряжения в триповерхностных слоях,-
анализ влияния параметров локального упрочнения товерхности (соотношений коэффициентов износостойкости и размеров .упрочненных и неупрочненных зон) на ее гармоизменвние при изнашивании для разных видов областей юнтэктэ и геометрии упрочненных зон.
Научная новизна работы.
Предложен приближенный метод решения контактной задачи
ля системы штампов и двуслойного упругого полупространства,
пределены контактные характеристики (распределение давления,
адиус области контакта) и распределение напряжений внутри
вуслойного упругого основания при внедрении в него
зриодическоя системы сферических штампов. Проведен анализ
эвместного влияния параметров, характеризующих
эометрическио и механические свойства слоя, а также тотность расположения штампов, на контактные характеристики места концентрации напряжений в приповерхностных слоях; Оценены границы применимости приближенных решений ставленной задачи, полученных в рамках предположения об "сутствии взаимного влияния между отдельными штампами.
Дана математическая постановка пространственной «осоконтактной задачи с переменным по поверхности ізффициентом износостойкости. В рамках этой постановки следован вопрос о существовании асимптотически устойчивого тановившегося режима изнашивания.
Решен ряд задач о формоизменении при изнашивании кально-упрочненных поверхностей как с ограниченной, так и неограниченной областью контакта.
Практическое значение работы.
Проведенный в работе анализ мест концентрации напряжения может быть использован для прогнозирования типа разрушения покрытий (отслаивание, усталостное разрушение, поверхностный износ) в зависимости от их механических и геометрических характеристик и условий нагружения.
На базе полученных результатов, показывающих существенную зависимость максимальных значений напряжений и мест их концентрации от параметров покрытия (относительной твердости и толщины), может быть решена задача выбора параметров покрытия, оптимальных по критериям долговечности.
Проведенное исследование показывает необходимость учета параметра плотности контакта при оценке напряженного состояния тонких покрытий.
Для локально-упрочненных поверхностей определена зависимость установившейся формы изношенной поверхности и установившейся скорости износа от параметров упрочнения. Показано, что при наличии определенных ограничений на рельеф поверхности, в некоторых случаях возможен выбор оптимальных параметров упрочнения.
Апробация работы.
Результаты работы доложены и одобрены на: Семинаре по механике сплошной среды им. Л.А. Галина ИПМ АН России (1994, Москва), Семинаре по механике фрикционного взаимодействия твердых тел им. И.В. Крагельского ИПМ АН России (1993, Москва), Научных студенческих конференциях МФТИ (1989,1990, Москва), Семинаре по механике и физике фрикционного взаимодействия Тверского технического университета (1994, Тверь).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 6 работ, I работа в публикации.
Структура.И-объем работы. Диссертация состоит из введения,
трех глав, основных результатов работы и списка литературы, включающего 85 наименований. Работа содержит IOO страниц, 33 рисунка.