Численный анализ напряженного состояния сферического контактного узла с прослойкой из антифрикционного материала
DOI:
https://doi.org/10.7242/1999-6691/2013.6.1.7Ключевые слова:
контактная задача, метод конечных элементов, трение, сферический контактный узел, антифрикционная полимерная прослойкаАннотация
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.
Скачивания
Библиографические ссылки
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. DOI
2. Pinchuk L.S., Nikolaev V.I., Tsvetkova E.A., Goldade V.A. Tribology and biophysics of artificial joints. – London, Amsterdam: Elsevier, 2006. – 350 p.
3. Тукашев Ж.Б., Адилханова Л.А. Исследование напряженно-деформированного состояния дорожного покрытия // Геология, география и глобальная энергия. – 2010. – № 2. – C. 163-166.
4. Александров В.М., Чебаков М.И. Введение в механику контактных взаимодействий. – Ростов-на-Дону: Изд-во ООО «ЦВВР», 2007. – 114 с.
5. 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.
6. Механика контактных взаимодействий. – М.: Физматлит, 2001. – 672 с.
7. Горячева И.Г. Механика фрикционного взаимодействия. – М.: Наука, 2001. – 479 с.
8. Никишин В.С., Шапиро Г.С. Пространственные задачи теории упругости для многослойных сред. – М.: ВЦ АН СССР, 1970. – 260 с.
9. Александров В.М., Мхитарян С.М. Контактные задачи для тел с тонкими покрытиями и прослойками. – М.: Наука, 1983. – 488 с.
10. 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.
11. 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. DOI
12. 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. DOI
13. 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. DOI
14. 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.
15. Дрозд М.С., Матлин М.М., Сидякин Ю.И. Инженерные расчеты упругопластической контактной деформации. – М.: Машиностроение, 1986. – 224 с.
16. 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.
17. 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. DOI
18. Rogovoy A., Ivanov B. Displacement formulation of the friction conditions on the contact surface // Comput. Struct. – 1997. – V. 62, N. 1. – P. 133-139. DOI
19. 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. DOI
20. 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. DOI
21. 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. DOI
22. 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. DOI
23. 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.
24. 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. DOI
25. 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. DOI
26. Тимошенко С.П., Гудьер Дж. Теория упругости. – М.: Наука, 1979. – 560 с.
27. Малинин Н.Н. Прикладная теория пластичности и ползучести. – М.: Машиностроение, 1975. – 400 с.
28. 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.
29. 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.
30. Каменских А.А., Адамов А.А. Численное исследование сферического контактного узла с полимерной антифрикционной прослойкой // ФиППТиТ. – 2012. – № 3-2 (293). – С. 48-55.
###
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. DOI
2. Pinchuk L.S., Nikolaev V.I., Tsvetkova E.A., Goldade V.A. Tribology and biophysics of artificial joints. - London, Amsterdam: Elsevier, 2006. - 350 p.
3. Tukasev Z.B., Adilhanova L.A. Issledovanie naprazenno-deformirovannogo sostoania doroznogo pokrytia // Geologia, geografia i global’naa energia. - 2010. - No 2. - C. 163-166.
4. Aleksandrov V.M., Cebakov M.I. Vvedenie v mehaniku kontaktnyh vzaimodejstvij. - Rostov-na-Donu: Izd-vo OOO <>, 2007. - 114 s.
5. Ajzikovic S.M., Aleksandrov V.M., Belokon’ A.V., Krenev L.I., Trubcik I.S. Kontaktnye zadaci teorii uprugosti dla neodnorodnyh sred. - M.: Fizmatlit, 2006. - 237 s.
6. Mehanika kontaktnyh vzaimodejstvij. - M.: Fizmatlit, 2001. - 672 s.
7. Goraceva I.G. Mehanika frikcionnogo vzaimodejstvia. - M.: Nauka, 2001. - 479 s.
8. Nikisin V.S., Sapiro G.S. Prostranstvennye zadaci teorii uprugosti dla mnogoslojnyh sred. - M.: VC AN SSSR, 1970. - 260 s.
9. Aleksandrov V.M., Mhitaran S.M. Kontaktnye zadaci dla tel s tonkimi pokrytiami i proslojkami. - M.: Nauka, 1983. - 488 s.
10. Voronin N.A. Rascet parametrov uprugogo kontakta i effektivnyh harakteristik topokompozita dla slucaa vzaimodejstvia poslednego so sfericeskim indentorom // Trenie i iznos. - 2002. - T. 23, No 6. - S. 583-596.
11. 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. DOI
12. Sergici A.O., Adams G.G., Muftu 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. DOI
13. 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. DOI
14. Voronin N.A. Osobennosti i prikladnoj aspekt mehaniki kontaktnogo vzaimodejstvia zestkogo sfericeskogo stampa s upugoplasticnym sloistym poluprostranstvom // Mehanika i fizika processov na poverhnosti i v kontakte tverdyh tel i detalej masin: Mezvuz. sb. nauc. tr. / Pod red. N.B. Demkina. - Tver’: TGTU, 2006. - 232 s.
15. Drozd M.S., Matlin M.M., Sidakin U.I. Inzenernye rascety uprugoplasticeskoj kontaktnoj deformacii. - M.: Masinostroenie, 1986. - 224 s.
16. Aleksandrov V.M., Kadomcev I.G., Caruk L.B. Osesimmetriceskie kontaktnye zadaci dla uprugoplasticeskih tel // Trenie i iznos. - 1984. - T. 5, No 1. - S. 16-26.
17. 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. DOI
18. Rogovoy A., Ivanov B. Displacement formulation of the friction conditions on the contact surface // Comput. Struct. - 1997. - V. 62, N. 1. - P. 133-139. DOI
19. Mechain-Renaud C., Cimetiere 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. DOI
20. Rodriguez-Tembleque L., Buroni F.C., Abascal R., Saez A. 3D frictional contact of anisotropic solids using BEM // Eur. J. Mech. A-Solid. - 2011. - V. 30, N. 2. - P. 95-104. DOI
21. 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. DOI
22. 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. DOI
23. Burago N.G., Zuravlev A.B., Nikitin I.S. Analiz naprazennogo sostoania kontaktnoj sistemy <> GTD // Vycisl. meh. splos. sred. - 2011. - T. 4, No 2. - S. 5-16.
24. Gonzalez 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. DOI
25. Rodriguez-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. DOI
26. Timosenko S.P., Gud’er Dz. Teoria uprugosti. - M.: Nauka, 1979. - 560 s.
27. Malinin N.N. Prikladnaa teoria plasticnosti i polzucesti. - M.: Masinostroenie, 1975. - 400 s.
28. Adamov A.A. Eksperimental’noe issledovanie mehaniceskogo povedenia kompozitov na osnove ftoroplasta, rabotausih pri bol’sih davleniah v tonkih sloah // Mat. VII Rossijskoj naucno-tehn. konf. <>. - Ekaterinburg: IMAS UrO RAN, 2012. - Elektronnyj opticeskij disk, vkladka <>. - 7 s.
29. Kamenskih A.A., Trufanov N.A. Issledovanie vliania smazocnyh kanavok v antifrikcionnoj proslojke na naprazennoe sostoanie kontaktnogo uzla // Vestnik PNIPU. Prikladnaa matematika i mehanika. - 2012. - No 10. - S. 77-89.
30. Kamenskih A.A., Adamov A.A. Cislennoe issledovanie sfericeskogo kontaktnogo uzla s polimernoj antifrikcionnoj proslojkoj // FiPPTiT. - 2012. - No 3-2 (293). - S. 48-55.
Загрузки
Опубликован
Выпуск
Раздел
Лицензия
Copyright (c) 2013 Вычислительная механика сплошных сред
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution-NonCommercial» («Атрибуция — Некоммерческое использование») 4.0 Всемирная.
