WEB-ресурс научно-практических конференций

К.т.н . Скачков В.А., И ванов В. И ., Печенн и кова В.М., Моисейко Ю.В.

Запорожская государственная инженерная академия , Украина

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ИЗНОСА ФРИКЦИОННЫХ ИЗДЕЛИЙ НА ОСНОВЕ КОМПОЗИТОВ

Для композиционных материалов, работающих в узлах трения, основными характеристиками являются коэффициенты трения и интенсивность износа.

Моделируя многокомпонентный композиционный материал средой класса В ₂ [1], силу трения определяют как сумму случайных сил трения, возникающих в каждом компоненте композита, контактирующем с поверхностью трения, и случайным контактным давлением.

Решают статистическую задачу микромеханики композитов [2] и определяют среднее значение напряжения и его дисперсию в каждом компоненте композита по поверхности трения. После нахождения указанным путем величины контактного давления, а также значений коэффициентов трения каждого компонента композита, рассчитывают величину его эффективного коэффициента трения:

, (1)

где , – соответственно коэффициент трения и случайный модуль упругости i -того компонента композита; – макроскопические модули упругости композита; – объемная степень армирования i -того компонента; – поправочная функция для коэффициентов трения, зависящая от характеристик композита.

Для оценки интенсивности износа предлагается модель накопления микроструктурных повреждений. По величине контактного напряжения в каждом компоненте композита оценивают вероятность появления и накопления повреждений. Случайная функция микроповреждений компонентов композита состоит из двух сомножителей, первый из которых определяет вероятность появления микроповреждений, второй - их нарастание по времени процесса трения.

Систему уравнений записывают в виде [3]

; (2)

; (3)

; (4)

, (5)

где x _ijk , e _ij - микроструктурные напряжения и деформации соответственно; c _i - вектор случайных микроструктурных перемещений; Q _ijmn - случайные модули упругости компонентов углеродного композита; w ^k - случайные функции микроповреждений в условиях трения; l _k - случайная индикаторная функция, которая определяет вероятность принадлежности рассматриваемой точки в объеме углеродного композита с номером k ; b _ij - случайные компоненты линейного термического расширения компонентов композита; y ^k - случайные термоструктурные функции, которые устанавливают микроповреждаемость компонентов углеродного композита от температуры процесса; Т - температура процесса; s - граница композиционного материала; N - число компонентов в углеродном композите; k - номер компонента ( k = 1...3).

Функции накопления микроповреждений в условиях трения задают в виде

, (6)

где W ^k ( z ), F ^k ( T ) – случайные функции, зависящие от уровня действующих напряжений и температуры соответственно.

Появление микроповреждений оценивают вероятностью достижения критической величины случайных микронапряжений в компонентах композита, а их рост описывают случайной функцией, зависящей от уровня микронапряжений и времени процесса трения.

Увеличение микроповреждений в условиях многократного воздействия на поверхность трения продолжается до критической величины, при которой появляются микроскопические нарушения сплошности в виде трещин и расслоений.

Наполнение повреждений реализуется в приповерхностном слое, что приводит к образованию пустот и трещин, расположенных параллельно поверхности. Когда разрушения достигают критической величины, поверхностный слой материала срезается в виде листообразной частицы износа.

В силу физической неоднородности поверхности трения частицы отделяются от участков с большей энергией трения, что сопровождается перераспределением сил трения по отдельным компонентам композита и ускоренным их износом. В соответствии с уравнением (1) происходит изменение и эффективного коэффициента трения композита в целом.

Список использованных источников:

1. Богачев И.В., Вайнштейн Б.В., Волков С.Д. Введение в статистическое металловедение. – М.: Металлургия, 1976. – 216 с .

2. Шермергор Т.Д. Теория упругости микронеоднородных сред. – М.: Наука, 1977. – 399 с .

4. Скачков В.А., Иванов В.И. Микроструктурный подход к прогнозированию триботехнических характеристик многокомпонентных композитов / Труды международной конференции по трибологии. - Самара: СТУ, 2007. –Т. 3. – С.472-473