Численный анализ геометрической конфигурации сферической опорной части с антифрикционной прослойкой из разных материалов

Автор: Адамов А.А., Каменских А.А., Панькова А.П.

Журнал: Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Механика @vestnik-pnrpu-mechanics

Статья в выпуске: 4, 2020 года.

Бесплатный доступ

В условиях урбанизации территорий России и мира возросли требования к ответственным элементам транспортно-логистических систем. К таким конструкциям относятся опорные части пролетных строений мостов, которые воспринимают вертикальные и горизонтальные нагрузки от мостового пролета, а также поглощают тепловое расширение и сжатие, усадки, сейсмические возмущения и т.д. Из-за стабильного роста парка машин и увеличения нагрузок на элементы мостовых сооружений возрастают требования к прочности, долговечности, износостойкости, безремонтным периодам работы и т.д., предъявляемые к опорным частям пролетных строений мостов. При этом на протяжении длительного времени международные и российские компании занимаются разработкой и созданием новых полимерных и композиционных материалов, которые обладаю улучшенными физико-механическими, фрикционными, термомеханическими и реологическими свойствами и могут быть использованы в качестве тонких слоев скольжения опорных частей мостов. Выделен ряд задач, связанный с исследованием влияния свойств материалов и геометрической конфигурации опорных частей мостов с целью рационализации работы конструкции. В статье рассмотрено три актуальные задачи механики деформируемого твердого тела. Выявлены качественные и количественные закономерности деформационного поведения современных антифрикционных полимерных и композиционных материалов в качестве относительно тонких слоев скольжения сферических опорных частей мостов с целью формулировки научно обоснованных практических рекомендаций по подбору материала прослойки относительно работы исследуемого узла. Проведен анализ влияния физико-механических, фрикционных, термомеханических и реологических свойств материалов слоя скольжения на деформирование конструкции в целом и изменение параметров зоны контакта в частности, а также анализ влияния геометрической конфигурации слоя скольжения на работу конструкции. Установлено, что при фрикционном контакте с учетом смазки по сопрягаемым поверхностям наблюдается значительное снижение площади полного сцепления контактных поверхностей, в том числе до 0, и появление или увеличение площади расхождения контактных поверхностей. При этом, если увеличить толщину слоя скольжения, процент поверхности, на которой наблюдается расхождение контактных поверхностей, уменьшается в среднем более чем в 2 раза.

Еще

Свойства материалов, полимер, композиционный материал, трение, смазка, контакт, опорная часть, закономерности деформирования, эксперимент, численный эксперимент

Короткий адрес: https://sciup.org/146282012

IDR: 146282012 | DOI: 10.15593/perm.mech/2020.4.02

Список литературы Численный анализ геометрической конфигурации сферической опорной части с антифрикционной прослойкой из разных материалов

Beyer Е., Wintergerst L. New bridge storage, new pillar shape // Der Bauingenleur. – 1960. – № 35(6). – Р. 227–230.
Block T., Eggert H., Kauschke W. Lager im Bauwesen. – New York: John Wiley & Sons Limited, 2015. – 646 р.
Eggert H., Grote J., Kauschke W. Lager im Bauwesen. – Berlin: Ernst & Sohn, 1974. – 323 p.
Аварии и разрушения мостовых сооружений, анализ их причин. Часть 4 [Электронный ресурс] / И.И. Овчинников [и др.] // Транспортные сооружения. – 2018. – Т. 5, № 1. – URL: https://t-s.today/PDF/05SATS118.pdf.
Proske D. Bridge collapse frequencies versus failure probabilities. – Switzerland: Springer, 2018. – 126 p.
6. Transportation systems: Managing performance through advanced maintenance engineering / S. Singh [et al.]. – Singapore: Springer, 2019. – 221 p.
Blinkin M., Koncheva E. Transport Systems of Russian Cities: Ongoing Transformations. – Switzerland: Springer, 2016. – 299 p.
Карапетов Э.С., Белый А.А. Эксплуатационная надежность мостовых сооружений в суровых климатических условиях // Путевой навигатор. – 2020. – № 43. – С. 60–69.
Рузов А.М. Эксплуатация мостового парка. – М.: Академия, 2007. – 176 с.
Овчинников И.Г. Прочностной мониторинг мостовых сооружений и особенности его применения. Часть 1. Международный и отечественный опыт применения мониторинга [Электронный ресурс] // Транспортные сооружения. – 2014. – Т. 1, № 1. – URL: https://t-s.today/PDF/01TS114.pdf.
Eggert H., Kauschke W. Structural Bearings. – Berlin: Ernst & Sohn, 2002. – 405 р.
Optimal design of pile foundation in fully integral abutment bridge / J.Q. Xue [et al.] // Developments in international bridge engineering. – 2016. – № 9. – Р. 3–16.
Yi X., Du S., Zhang L. Composite materials engineering, volume 1: fundamentals of composite materials. – Singapore: Springer, 2018. – 765 p.
Wang Q.J., Chung Y.W. Encyclopedia of tribology. – Boston: Springer, 2013. – 4139 p.
Effect of thermal treatment on the mechanical properties and accumulation of submicrocracks in fluoroplastics / M.A. Martynov [et al.] // Strength of Materials. –1975. – Vol. 7, No. 11. – Р. 1390–1393.
Gamma modification of radiation resistant fluoroplastic composite / V.I. Pavlenkoa [et al.] // Inorganic materials: Applied research. – 2013. – Vol. 4, No. 5. – Р. 389–393.
Mechanical and tribological properties of complex modified material based on ultra high molecular weight polyethylene and CuO / A.V. Ushakov [et al.] // Journal of Friction and Wear. – 2014. – Vol. 35, No. 1. – Р. 7–11.
Balyakina V.B., Khatipov S.A., Pilla C.K. Experimental studies of tribotechnical characteristics of radiation modified polytetrafluoroethylene to use in rotor supports // Journal of Friction and Wear. – 2015. – Vol. 36, No. 4. – Р. 346–349.
Tribological properties of polytetrafluoroethylene modified with fullerene black in dry sliding friction / B.M. Ginzburg [et al.] // Russian Journal of Applied Chemistry. – 2006. – Vol. 79, No. 9. – Р. 1518–1521.
Долгополов К.Н., Колесников И.В., Мельников Э.Л. Применение антифрикционных полимерных самосмазывающихся материалов класса «масляниты» в узлах трения скольжения // Ремонт. Восстановление. Модернизация. – 2018. – № 4. – С. 23–26.
Зелинский В.В., Сучилин Д.Н. Обоснование и разработка новой триботехнологии для антифрикционных материалов [Электронный ресурс] // Современные проблемы науки и образования. – 2014. – № 3. – URL: http://www.scienceeducation. ru/ru/article/view?id=1366.
Мирзахмедов Б.Х., Зиямухамедова У.А., Джумабаев Д.А. О новом стандартном методе исследования триботехнических свойств материалов при их фрикционном взаимодействии с волокнистыми сыпучими материалами // Молодые ученые – основа будущего машиностроения и строительства: сб. науч. тр. междунар. науч.-техн. конф. – Курск, 2014. – С. 214–217.
Мамаев Н.М., Мамаев М.Н. Нанопузырьковая модель трения и новые пути создания антифрикционных материалов // Известия высших учебных заведений. Северо-Кавказский регион. Технические науки. – 2014. – № 2 (177). – С. 40–46.
Ivanov V.A., Kharchenko K.A., Maslenko V.O. Tribotechnical parameters of repair compound materials // Polymer science. Series D. – 2018. – Vol. 11, No. 3. – P. 288–291.
Триботехнические свойства антифрикционных покрытий на основе композиционных материалов / Р.С. Михеев [и др.] // Перспективные материалы. – 2015. – № 3. – С. 48–54.
Инновационные операции повышения ресурса и экономичности изношенной техники при ее техническом обслуживании / А.В. Дунаев [и др.] // Технический сервис машин. – 2019. – № 2 (135). – С. 47–59.
Триботехнические свойства композиционного материала «алюминий-углеродные нановолокна» при трении по сталям 12Х1 и ШХ15 / А.Д. Бреки [и др.] // Материаловедение. – 2017. – № 11. – С. 37–42.
Экспериментальные исследования композитных антифрикционных полимеров / А.А. Ищенко [и др.] // Проблеми тертя та зношування. – 2019. – № 4 (85). – С. 37–43.
The investigation of tribological properties of epoxy polyether composite materials for using in the friction units of means of sea transport / M. Brailo [et al.] // Materials performance and characterization. – 2018. – Vol. 7, No. 1. – Р. 275–299.
Селезнев М.В. Влияние приработки поверхностей трения на оценку фрикционных свойств смазочных масел // Вестник НГИЭИ. – 2017. – № 9 (76). – С. 38–46.
Фомин Д.В. Опорная часть моста и её материал // Научный журнал инженерные системы и сооружения. – 2014. – № 2 (15). – С. 80–90.
Design and experimental verification of a new multifunctional bridge seismic isolation bearing / C. Xing, H. Wang, A. Li, J. Wu // Journal of Zhejiang university – Science A: Applied physics & engineering. – 2012. – № 13(12). – Р. 904–914.
Kamenskih A.A., Trufanov N.A. Regularities interaction of elements contact spherical unit with the antifrictional polymeric interlayer // Journal of Friction and Wear. – 2015. – Vol. 36, № 2. – Р. 170–176.
Каменских А.А., Труфанов Н.А. Численный анализ напряженного состояния сферического контактного узла с прослойкой из антифрикционного материала // Вычислительная механика сплошных сред. – 2013. – Т. 6, № 1. – С. 54–61.
Методы прикладной вязкоупругости / А.А. Адамов [и др.]. – Екатеринбург: ИМСС УрО РАН, 2003. – 411 с.
Аdamov A.A., Kamenskikh A.A., Nosov Yu.O. Deformation behavior numerical analysis of the flat sliding layer of the spherical bearing with the lubrication hole // Integrated Science in Digital Age. – 2020. – Р. 314–325.

Еще

Статья научная