Численный анализ напряженного состояния сферического контактного узла с прослойкой из антифрикционного материала
Автор: Каменских Анна Александровна, Труфанов Николай Александрович
Журнал: Вычислительная механика сплошных сред @journal-icmm
Статья в выпуске: 1 т.6, 2013 года.
Бесплатный доступ
В рамках задачи упругопластического контактного взаимодействия с учетом трения на поверхности контакта исследуется напряженно-деформированное состояние сферического контактного узла с прослойкой из антифрикционного полимерного материала. На примере конечно-элементного решения задачи деформирования образца из материала антифрикционной прослойки показано хорошее количественное соответствие численных результатов данным натурного эксперимента для трех видов материалов. Выполнена постановка задачи контактного механического взаимодействия в конструкции со сложной геометрией для осесимметричного и трехмерного случаев. На примере осесимметричной задачи исследованы характеристики контакта при различных конечно-элементных сетках, выбраны параметры сетки для трехмерной модели. Численные исследования позволили установить влияние геометрии конструкции на распределение участков с разным типом взаимодействия в зоне контакта (сцепление, проскальзывание и отлипание), величину и характер контактного давления и контактного касательного напряжения.
Контактная задача, метод конечных элементов, трение, сферический контактный узел, антифрикционная полимерная прослойка
Короткий адрес: https://sciup.org/14320657
IDR: 14320657 | УДК: 539.214,
Numerical analysis of the stress state of a spherical contact system with an interlayer of antifriction material
The stress-strain state of a spherical contact system with an interlayer of antifriction polymeric material is studied by considering the elastic-plastic contact problem and taking into account contact surface friction. The finite-element method is used to explore the deformation behavior of samples made of three different antifriction polymeric materials. Numerical results are found to be in good quantitative agreement with experimental results. The problem of mechanical interactions in the system with complex geometry is formulated for axisymmetric and three-dimensional cases. By solving the axisymmetric problem, contact characteristics are investigated using different finite element meshes. Mesh parameters are determined for a three-dimensional model. Numerical analysis shows the effect the system geometry on the distribution of contact zones (adhesion, slipping and detachment), and the value and character of contact pressure and tangential stress.
Список литературы Численный анализ напряженного состояния сферического контактного узла с прослойкой из антифрикционного материала
- Rakowski W.A., Zimowski S. Polyesterimide composites as a sensor material for sliding bearings//Compos. Part B Eng. -2006. -V. 37, N. 2-3. -P. 81-88.
- Pinchuk L.S., Nikolaev V.I., Tsvetkova E.A., Goldade V.A. Tribology and biophysics of artificial joints. -London, Amsterdam: Elsevier, 2006. -350 p.
- Тукашев Ж.Б., Адилханова Л.А. Исследование напряженно-деформированного состояния дорожного покрытия//Геология, география и глобальная энергия. -2010. -№ 2. -C. 163-166.
- Александров В.М., Чебаков М.И. Введение в механику контактных взаимодействий. -Ростов-на-Дону: Изд-во ООО «ЦВВР», 2007. -114 с.
- Айзикович С.М., Александров В.М., Белоконь А.В., Кренев Л.И., Трубчик И.С. Контактные задачи теории упругости для неоднородных сред. -М.: Физматлит, 2006. -237 с.
- Механика контактных взаимодействий. -М.: Физматлит, 2001. -672 с.
- Горячева И.Г. Механика фрикционного взаимодействия. -М.: Наука, 2001. -479 с.
- Никишин В.С., Шапиро Г.С. Пространственные задачи теории упругости для многослойных сред. -М.: ВЦ АН СССР, 1970. -260 с.
- Александров В.М., Мхитарян С.М. Контактные задачи для тел с тонкими покрытиями и прослойками. -М.: Наука, 1983. -488 с.
- Воронин Н.А. Расчет параметров упругого контакта и эффективных характеристик топокомпозита для случая взаимодействия последнего со сферическим индентором//Трение и износ. -2002. -Т. 23, № 6. -С. 583-596.
- Chidlow S.J., Teodorescu M., Vaughan N.D. Predicting the deflection and sub-surface stress field within two-dimensional inhomogeneously elastic bonded layered solids under pressure//Int. J. Solids Struct. -2011. -V. 48, N. 22-23. -P. 3243-3256.
- Sergici A.O., Adams G.G., Müftü S. Adhesion in the contact of a spherical indenter with a layered elastic half-space//J. Mech. Phys. Solids. -2006. -V. 54, N. 9. -P. 1843-1861.
- Goryacheva I.G., Torskaya E.V. Modeling of fatigue wear of a two-layered elastic half-space in contact with periodic system of indenters//Wear. -2010. -V. 268, N. 11-12. -P. 1417-1422.
- Воронин Н.А. Особенности и прикладной аспект механики контактного взаимодействия жесткого сферического штампа с упугопластичным слоистым полупространством//Механика и физика процессов на поверхности и в контакте твердых тел и деталей машин: Межвуз. сб. науч. тр./Под ред. Н.Б. Демкина. -Тверь: ТГТУ, 2006. -232 с.
- Дрозд М.С., Матлин М.М., Сидякин Ю.И. Инженерные расчеты упругопластической контактной деформации. -М.: Машиностроение, 1986. -224 с.
- Александров В.М., Кадомцев И.Г., Царюк Л.Б. Осесимметрические контактные задачи для упругопластических тел//Трение и износ. -1984. -Т. 5, № 1. -С. 16-26.
- Peng W., Bhushan B. Three-dimensional contact analysis of layered elastic/plastic solids with rough surfaces//Wear. -2001. -V. 249, N. 9. -P. 741-760.
- Rogovoy A., Ivanov B. Displacement formulation of the friction conditions on the contact surface//Comput. Struct. -1997. -V. 62, N. 1. -P. 133-139.
- Méchain-Renaud C., Cimetiére A. BEM solution of two dimensional unilateral contact problems with friction by a new approach//Eng. Anal. Bound. Elem. -2003. -V. 27, N. 3. -P. 269-277.
- Rodríguez-Tembleque L., Buroni F.C., Abascal R., Sáez A. 3D frictional contact of anisotropic solids using BEM//Eur. J. Mech. A-Solid. -2011. -V. 30, N. 2. -P. 95-104.
- Khoei A.R., Nikbakht M. An enriched finite element algorithm for numerical computation of contact friction problems//Int. J. Mech. Sci. -2007. -V. 49. -P. 183-199.
- Li Y., Liu G.R., Zhang G.Y. An adaptive NS/ES-FEM approach for 2D contact problems using triangular elements//Finite Elem. Anal. Des. -2011. -V. 47, N. 3. -P. 256-275.
- Бураго Н.Г., Журавлев А.Б., Никитин И.С. Анализ напряженного состояния контактной системы «диск-лопатка» ГТД//Вычисл. мех. сплош. сред. -2011. -Т. 4, № 2. -С. 5-16.
- González J.A., Park K.C., Felippa C.A., Abascal R. A formulation based on localized Lagrange multipliers for BEM-FEM coupling in contact problems//Comput. Method. Appl. M. -2008. -V. 197, N. 6-8. -P. 623-640.
- Rodríguez-Tembleque L., Abascal R. A FEM-BEM fast methodology for 3D frictional contact problems//Comput. Struct. -2010. -V. 88, N. 15-16. -P. 924-937.
- Тимошенко С.П., Гудьер Дж. Теория упругости. -М.: Наука, 1979. -560 с.
- Малинин Н.Н. Прикладная теория пластичности и ползучести. -М.: Машиностроение, 1975. -400 с.
- Адамов А.А. Экспериментальное исследование механического поведения композитов на основе фторопласта, работающих при больших давлениях в тонких слоях//Мат. VII Российской научно-техн. конф. «Механика микронеоднородных материалов и разрушение». -Екатеринбург: ИМАШ УрО РАН, 2012. -Электронный оптический диск, вкладка «Публикации». -7 с.
- Каменских А.А., Труфанов Н.А. Исследование влияния смазочных канавок в антифрикционной прослойке на напряженное состояние контактного узла//Вестник ПНИПУ. Прикладная математика и механика. -2012. -№ 10. -С. 77-89.
- Каменских А.А., Адамов А.А. Численное исследование сферического контактного узла с полимерной антифрикционной прослойкой//ФиППТиТ. -2012. -№ 3-2 (293). -С. 48-55.
