Влияние износа на фрикционный разогрев и возникновение термоупругой неустойчивости скользящего контакта
Автор: Зеленцов Владимир Борисович, Митрин Борис Игоревич, Лубягин Игорь Анатольевич
Журнал: Вычислительная механика сплошных сред @journal-icmm
Статья в выпуске: 4 т.9, 2016 года.
Бесплатный доступ
В настоящей работе исследуется взаимовлияние износа упругого покрытия и фрикционного разогрева скользящего контакта, а также их совместное влияние на возникновение и развитие термоупругой неустойчивости скользящего термофрикционного контакта. Дается постановка начально-краевой квазистатической задачи несвязанной термоупругости, в которой рассматривается скольжение жёсткого тела в виде полуплоскости по поверхности упругого покрытия с учётом трения и сопровождающего его тепловыделения. Скорость скольжения полуплоскости постоянна, покрытие сцеплено с жёсткой подложкой. Работа сил трения на контакте расходуется на нагрев покрытия и его абразивный износ. Для решения задачи используется интегральное преобразование Лапласа. Решения задачи - температура, напряжения, смещения, как на контакте, так и по глубине покрытия, - представляются в виде свёрток Лапласа. Подынтегральные функции квадратур выражений для напряжений и смещений не убывают на бесконечности, а остаются постоянными. Квадратуры, их содержащие, понимаются в обобщённом смысле. После регуляризации подынтегральных функций в квадратурах для смещений и напряжений решение задачи записывается в виде суммы регулярной составляющей обобщённой части и свёртки Лапласа. Показано, что подынтегральные функции полученных решений задачи зависят от её трёх безразмерных параметров. Подробно изучается расположение полюсов подынтегральных функций решений задачи в комплексной плоскости переменной интегрирования, на основании чего определяются области устойчивых и неустойчивых решений в пространстве безразмерных параметров задачи. После вычисления свёрток решения задачи записываются в виде удобных для вычисления и анализа функциональных рядов по полюсам подынтегральных функций. Исследуются свойства точных, как устойчивых, так и неустойчивых, решений задачи - температуры, износа и напряжений, развивающихся на скользящем термофрикционном контакте,- в зависимости от значений размерных и безразмерных параметров задачи.
Трение, износ, скольжение, контакт, термоупругая неустойчивость
Короткий адрес: https://sciup.org/14320823
IDR: 14320823 | УДК: 539.375:539.621 | DOI: 10.7242/1999-6691/2016.9.4.36
Effect of wear on frictional heating and thermoelastic instability of sliding contact
In this work, we consider a relationship between the wear of an elastic coating and the frictional heating on a sliding contact, as well as their joint effect on initiation and development of thermoelastic instability of sliding thermoelastic frictional contact. The initial boundary-value quasi-static problem of uncoupled thermoelasticity involving the sliding of a rigid body represented by a half-plane over the surface of an elastic coating is formulated with regard to Coulomb friction and frictional heat generation. The half-plane slides with a constant velocity; the coating is bonded to a rigid substrate. The work of frictional forces at the contact is spent on heating the coating and on its abrasive wear. To solve this problem, the Laplace integral transform is used. Solutions of the problem, namely temperature, stresses and displacements both on contact and in the depth of the coating, are represented in the form of the Laplace convolution. Integrand functions in stresses and displacements integrals are non-decaying at infinity (they remain constant), so the integrals containing them are understood in a generalized meaning. After regularization of integrands of displacements and stresses integrals, a solution to the problem is written as the sum of the regular constituent of a generalized part and the Laplace convolution. It is shown that the integrals depend on three dimensionless parameters of the problem. The placement of the poles of integrands in the complex plane of an integration variable is studied in detail. This gives the domains of stable and unstable solutions in the space of dimensionless parameters of the problem. After calculation of convolutions, the problem solution is represented by functional series over the poles of integrands, which is convenient for evaluation and analysis. The properties of stable and unstable exact solutions for temperature, wear and stresses on a sliding thermoelastic frictional contact are investigated in relation to the values of dimensional and dimensionless parameters of the problem.
Список литературы Влияние износа на фрикционный разогрев и возникновение термоупругой неустойчивости скользящего контакта
- Barber J.R. Thermoelastic instabilities in the sliding of conforming solids//P. Roy. Soc. Lond. A Mat. -1969. -Vol. 312. -P. 381-394.
- Dow Th.A., Burton R.A. Thermoelastic instability of sliding contact in the absence of wear//Wear. -1972. -Vol. 19, no. 3. -P. 315-328.
- Burton R.A., Nerlikar V., Kilaparti S.R. Thermoelastic instability in a seal-like configuration//Wear. -1973. -Vol. 24, no. 2. -P. 177-188.
- Моров В.А., Черский И.Н. Термоупругая неустойчивость фрикционного контакта штампов с полупространством//Трение и износ. -1985. -Т. 6, № 1. -С. 27-38.
- Afferrante L. Ciavarella M., Barber J.R. Sliding thermoelastodynamic instability//P. Roy. Soc. Lond. A Mat. -2006. -Vol. 462. -P. 2161-2176.
- Галин Л.А., Горячева И.Г. Осесимметричная контактная задача теории упругости при наличии износа//ПММ. -1977. -Т. 41, № 5. -С. 807-812.
- Александров В.М., Аннакулова Г.К. Контактная задача термоупругости с учетом износа и тепловыделения от трения//Трение и износ. -1990. -Т. 11, № 1. -С. 24-28.
- Александров В.М., Аннакулова Г.К. Взаимодействие покрытий тел с учетом деформируемости, износа и тепловыделения от трения//Трение и износ. -1992. -Т. 13, № 1. -С. 154-160.
- Евтушенко А.А., Пырьев Ю.А. Влияние изнашивания на развитие термоупругой неустойчивости фрикционного контакта//МТТ. -1997. -№ 1. -С. 114-121.
- Olesiak Z.S., Pyryev Yu.A. A model of thermoelastic dynamic contact in conditions of frictional heat and wear//J. Theor. Appl. Mech. -1998. -Vol. 36, no. 2. -P. 305-320.
- Afferrante L., Ciavarella M. Thermo-elastic dynamic instability (TEDI)-a review of recent results//J. Eng. Math. -2007. -Vol. 61, no. 2. -P. 285-300.
- Abbasi S., Teimourimanesh S., Vernersson T., Sellgren U., Olofsson U., Lundén R. Temperature and thermoelastic instability at tread braking using cast iron friction material//Wear. -2014. -Vol. 314, no. 1-2. -P. 171-180.
- Shpenev A.G., Kenigfest A.M., Golubkov A.K. Theoretical and experimental study of carbon brake discs frictionally induced thermoelastic instability//Springer Proceedings in Physics. -2016. -Vol. 175. -P. 551-559.
- Зеленцов В.Б., Митрин Б.И., Волков С.С., Васильев А.С. Термоупругодинамическая неустойчивость решения контактной задачи для покрытия с учетом тепловыделения от трения//Вестник ДГТУ. -2014. -Т. 14, № 4. -С. 17-29.
- Зеленцов В.Б., Митрин Б.И., Айзикович С.М. Динамическая и квазистатическая неустойчивость скользящего термофрикционного контакта//Трение и износ. -2016. -Т. 37, № 3. -С. 280-289.
- Коваленко А.Д. Введение в термоупругость. -Киев: Наукова думка, 1965. -204 с.
- Диткин В.А., Прудников А.П. Операционное исчисление. -М.: Высшая школа, 1975. -409 с.
- Гурвиц А., Курант Р. Теория функций. -М.: Наука, 1968. -648 с.
- Брычков Ю.А., Прудников А.П. Интегральные преобразования обобщенных функций. -М.: Наука, 1977. -288 с.
- Забрейко П.П., Кошелев А.И., Красносельский М.А. и др. Интегральные уравнения. -М.: Наука, 1968. -448 с.