Введение к работе
Актуальность работы. В настоящее время разрабатываются тяжело-нагруженные тормозные системы с дисками из углерод -углеродных композиционных материалов. Сложившаяся практика отработки технологии этих материалов не экономична и длительна. При отработке используется большой объем недостаточно информативных экспериментальных данных,, причем между индивидуальными характеристиками на настоящее время не определяется корреляции с эксплуатационными характеристиками тормозной системы. Получение надежной информации путем непосредственных измерений или невозможно или очень дорого. Альтернативой является проведение экспериментов на маломасштабных моделях на машинах трения. Но правила экстраполяции полученной при этих испытаниях информации на натурную тормозную систему отсутствуют.
Поэтому на сегодня актуально создание для трибологической системы математической модели, численное решение которой даст подробную и полную информацию во всей области решений. Но при том обязательном условии, что расчетные количественные результаты для конкретного углеродного материала сравнимы с результатами экспериментальных определений в промежуточных областях для этого материала.
Актуальность настоящей диссертации подтверждается и тем, что её материалы используются в контрактах НИИГрафит с Allied Signal and Landing Systems Corp. (США).
Цель работы. Разработка программного обеспечения изготовления углеродных фрикционных материалов, которое с сочетании с экспериментальными определениями индивидуальных характеристик материалов в образцах и комплексными испытаниями на маломасштабных моделях позволяет сократить объем и повысить надежность отработки. А также создание инженерной методики расчета распределения температур в элементах трибологических систем.
Для достижения этой цели решались следующие задачи:
-
На основании обоснованного механизма разрушения материалов при трении выявить особенности характерные для углерод-углеродных материалов и разработать модель этого механизма.
-
Проанализировать составляющие модели, определить метод ее решения, разработать программу расчета распределения температур во фрикционных элементах авиационных тормозов по этому методу.
3. Разработать методики определения входных данных для программы, провес
ти тестирование программы, определить факторы влияющие на сходимость ре
зультатов, рассчитать поправочные коэффициенты.
4. На основе адекватной программы расчета распределения температур во
фрикционных элементах авиационных тормозов, методик определения входных
данных для этой программы, разработать систему анализа отработки технологии
углерод-углеродных фрикционных материалов, провести исследования по этой
системе материалов с разными технологическими параметрами.
Научная новизна.
-
Установлены физические закономерности тепловых процессов в трибологи-ческом контакте трехфазных углерод -углеродных композиционных материалов Термар. Проведена оценка функции изменения момента трения в процессе торможения на основании структурно-энергетической теории трения твердых тел, установлены зависимости изменения контактной площади от параметров микрогеометрии материала на поверхности трения, изменения упругих свойств материала и температуры под действием нагрузки в контакте при торможении. Определена работа (энергия) в контакте на разрушение материала и изменение упругих свойств материала - (0,34-0,55) 10"4 Дж. Установлено, что особенности микрогеометрии поверхности трения материала наследуются по циклам торможения.
-
Установлены структуры углерода на поверхности трения и в объеме материала толщиной до 13 цм, определено что при трении происходит совершенствование структуры углерода без значимого роста размеров кристаллитов. Предложен механизм совершенствования структуры углерода при трении.
-
Предложена модель процесса .трения углерод -углеродных материалов, учитывающая механическое взаимодействие элементов микрогеометрии поверхности
. трения материала, процессы внутрипористого окисления углерода, процессы совершенствования структуры углерода, процессы теплопередачи как в объеме материала, так и с поверхностей.
Практическая ценность.
На основе предложенной математической модели разработана программа расчета распределения температур во фрикционных элементах из углерод -углеродных материалов, вошедшая в состав программного обеспечения отработки материала Термар -АДФ, разработанного по техническому заданию ОАО АК "Рубин" и Allied Signal and Landing Systems Corp.(CUJA). Результаты расчетов
позволили определить максимальную температур при эксплуатации углерод -углеродных материал Термар -АДФ в тормозной системе КТ-196 - 1330С. Испытания на машине трения по методике предприятия АО АК "Рубин" показали надежной совпадение расчетных и экспериментальных данных.
Разработана экспериментальная методика проведения испытаний на стационарное трение, которая позволила сократить срок отработки технологии изготовления материала Термар.
С использованием программы расчета, экспериментальной методики испытаний на нестационарное трение и модернизированной методики АО АК "Рубин" создан алгоритм анализа отработки материала типа Термар, который удешевляет отработку, сокращает ее объем и сроки, повышает надежность в части определения температурных параметров. Определены оптимальная температура термообработки технологии изготовления, которая обеспечивает получение лучших фрикционных характеристик материала. Данная температура включена в технологический процесс материала Термар АДФ. Определено, что использование карбонизованных волокон при формировании структуры углеродного каркаса углерод -углеродных материалов типа Термар приводит к повышению максимальной температуры при эксплуатации на 50-310С
Автор защищает: Модель процессов при трибологическом контакте и программу расчета распределения температур во фрикционных элементах из углерод-углеродных материалов. Результаты обобщения экспериментальных данных и полученные зависимости для входных данных программы расчета.
Алгоритм анализа отработки углерод-углеродных материалов Термар. Зависимость определяющую влияние температуры на поверхности трения материала Термар на эксплуатационные характеристики.
Апробация работы. Основные результаты работы доложены и обсуждены на Международной конференции SAMPE (г. Базель, 1996 г.).
Публикации. Материалы диссертационной работы опубликованы в 2 научных статьях, 2 тезисах докладов и докладе.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных выводов, списка литературы, содержащего 98 наименований, 3 приложений. Работа содержит 115 страниц текста, 53 рисунка, 27 таблиц.
