Еволюційні моделі фретинг-процесу у номінально-нерухомому фрикційному контакті

Швидкість проковзування зростає пропорційно частоті, але ж не залежить від сили тертя. Важливо простежити, як реагує система на поступову зміну амплітуди вимушених коливань для різних сталих частот збурення

Концентричні кола або еліпси відповідають режиму зчеплення. Вихід траєкторій з цих кіл показує наскільки система далека від стану зчеплення поверхонь. Чим далі знаходяться траєкторії руху від концентричних кіл, тим стійкіший РДЗП у контакті.

Зауважимо, що при частоті 300 Гц проковзування в контакті відсутні. У цілому механізм переходу до РДЗП полягає у поступовому збільшенні сили тертя у режимі попереднього зміщення. Залежно від характеристики тертя, а саме переходу статичного тертя у кінематичне за параметрами в'язкого тертя або, альтернативно, за Штрибек-ефектом, наступає динамічна несталість системи, яка при збільшенні амплітуди збурення переходить до РДЗП.

Моделювання поступового зменшення сили тертя показало миттєвий перехід до проковзування по всій площині контакту. Головною відмінністю всіх перехідних процесів є їх стрибкоподібна зміна динамічних показників фретингу.

Для даних умов контактування, отримали у неперервному процесі відповідні динамічні стани, які описують динаміку ФП. Відмітимо важливі особливості, які підтверджують експериментальні дані. Зростання сили статичного тертя відбувається у режимі циклічного попереднього зміщення, зростання сили тертя в резонансній області не призводить до зчеплення поверхонь, однак амплітуда фретингу залишається незмінною.

У сьомому розділі проводяться дослідження механізмів руйнування металевих поверхонь при циклічних мікропереміщеннях, способів модифікування поверхонь, чисельне моделювання контакту методом скінченних елементів. Оскільки найбільш надійним та керованим способом відтворення малоамплітудного фретингу є циклічний контакт кульки та площини, то наслідки відносних мікрозміщень досліджували по зонах проковзування на плямах контакту. Картина початкової фази розвитку фретингу у вузькій зоні проковзування шириною 6…12 мкм

У відповідності до узагальнених законів руйнування твердих тіл П. А. Ребіндера, для комплексу умов контактної взаємодії, які були визначені у попередніх розділах, визначена питома робота сил тертя по площі контакту S та глибина активованого шару при проковзуванні 2 за період коливань:

де - напруження зсуву; а - атомний радіус заліза; - границя міцності матеріалу; Е - модуль пружності; r - радіус плями фактичного контакту; - амплітуда зміщення поверхонь; - функція встановлення сили тертя при відносних контактних переміщеннях д та постійній г.

Інтенсивність руйнівних процесів залежно від величини зміщення знайдена у вигляді:

(7)

Для металевих поверхонь отримана характеристика інтенсивності активації поверхневого шару при малоамплітудному фретингу залежно від амплітуди проковзування та характеру зростання тангенціального навантаження

Формула (7) та відповідні їй залежності (рис. 24, а) вперше окреслюють для даних контактних умов значення критичної амплітуди фретингу у межах 5…15 мкм, залежно від матеріалу, характеру тангенціальної деформації контакту, площі елементарної плями контакту та сили тертя. Вимірювання об'ємних втрат проводили на установці “Talyscan” методом лазерного сканування плям контакту. Поверхні зразків очищувались від продуктів фретингу ультразвуковим способом у середовищі слабкої ортофосфорної кислоти.

Вимірювання поверхневих пошкоджень у межах плями контакту цілком узгоджено корелюють із зростанням величини проковзування та розсіюванням енергії. А їх інтенсивність (відношення об'ємних втрат до площі, на якій інтенсифікується фретинг-процес) залежить від амплітуди зміщення та характеру зростання сили тертя.

Дослідження показали, що найбільша інтенсивність зношування спостерігається для режиму динамічного зчеплення-проковзування при амплітудах зміщення 8…14 мкм, а для режиму змішаного контакту 2…4 мкм.

Процеси руйнування поверхневих шарів та зростання зони проковзування супроводжуються перерозподілом напружень у поверхневих шарах у бік зменшення градієнтів напружень в об'ємі і збільшенням у тонкому поверхневому шарі. Подальше зношування та руйнування веде до встановлення такого рівня еквівалентних напружень, який призводить до втрати цілісності з'єднання в цілому.

Як технологічним способом підвищення фретингостійкості було прийнято комбінований метод обробки - електроіскрове легування з наступним регулярним лазерним опромінюванням

Створення армованої поверхні дає можливість змінювати контактні напруження на плямах контакту, а також підвищувати жорсткість поверхні у тангенціальному напрямку. Зрозуміло, що для збільшення номінальної нерухомості контакту необхідно зменшити жорсткість з однієї сторони, а з другої - збільшити здатність поверхні витримувати циклічні тангенціальні навантаження. Щільність лазерного армування вимірювалась (у відсотках) як відношення площі обробленої лазерним опромінюванням до одиниці площі необробленої.

За результатами дослідження можна зробити наступні висновки. Більш менші комірки, що утворюються лазерним опромінюванням на покритті ВК8, ефективні при великих тисках і забезпечують змішаний контакт без повного проковзування. Збільшення розмірів комірок вигідне у режимі зчеплення-проковзування. Концентрація нормальних зусиль на більш високих нерівностях створює ефективну тангенціальну жорсткість та зчеплення поверхонь. Тому в РДЗП тривалість періоду зчеплення більше при 10 % щільності покриття, ніж при 90 % щільності обробки поверхні. Для останньої відмітимо, що при великих нормальних тисках сили квазістатичного тертя достатні для того, щоб пружно деформувати поверхневий шар без проковзування.

У багатьох випадках, особливо у стані зчеплення та сталого проковзування, з амплітудами меншими за 10…15 мкм, осцилограми мікропереміщень та швидкостей проковзування практично не відрізняються. Тому для виявлення особливостей у вібросигналах від контактних пар при довготривалому фретингу нами був використаний вейвлет-аналіз часових рядів.

За допомогою вейвлет-аналізу визначили відмінності у динамічному русі контактних пар. Так, при фретингу сталі 45 вже за 10⁴ циклів енергія у сигналі вібропереміщень збільшується на 9 %. Побудовані діаграма сталості амплітудно-частотних характеристик для різних матеріалів контактних пар у режимі номінальної відносної нерухомості поверхонь протягом 72 годин циклічних навантажень.

ОСНОВНІ ВИСНОВКИ ПО РОБОТІ

1. Невід'ємною і важливою складовою проблеми забезпечення працездатності відповідальних номінально-нерухомих фрикційних з'єднань є врахування циклічних відносних мікропереміщень у контакті. Дослідження фрикційних явищ у реальних ННФЗ, а також аналіз розв'язків контактних задач виявили особливу роль мікропереміщень у формуванні контактної взаємодії тіл та процесах руйнування поверхонь. Створення еволюційної моделі контактної взаємодії при мікропереміщеннях дозволило би об'єднати у єдине ціле динамічні (сили інерції, відносні швидкості, прискорення, частоти коливань) та фрикційні (сила тертя, амплітуди проковзування) складові фретинг-процесу.

2. Спроектоване, виготовлене та захищене патентами дослідне обладнання для реалізації нових підходів до визначення динамічних та фрикційних характеристик номінально-нерухомого фрикційного контакту.

3. Приймаючи до уваги особливості тертя при малих відносних швидкостях, була сформована концепція пружно-пластичного квазістатичного контакту з врахуванням параметра пластичності у характеристиці кривої контактного початкового навантаження.

4. Розроблена концепція еволюційної чотирирівневої моделі фретинг-процесів як відкритої динамічної системи. В цій моделі фретинг-процес розглядається як внутрішній рушійний чинник, що призведе до зміни відносного руху двох поверхонь за умови сталості зовнішніх параметрів навантаження. Експериментальні дослідження динаміки відносних мікропереміщень, гістерезисних петель та перебігу сил тертя дозволили до існуючих станів номінально-нерухомого фрикційного контакту (зчеплення, змішаний контакт, повне проковзування) додати не менш важливий режим динамічного зчеплення-проковзування.

5. Для реверсивного руху елементів контактної парі з сухим тертям встановлені динамічні співвідношення між параметрами фретингу: коефіцієнтом тертя , нормальним навантаженням, масою m, амплітудою А, частотою збурення , тангенціальною жорсткістю c, які визначають стан номінальної нерухомості з'єднання: , . Ці співвідношення узагальнені та представлені діаграмами, які описують той чи інший стан поверхні: зчеплення, проковзування із зупинками, зворотно-поступальний рух. Встановлено, що граничне значення параметра для умови чистого ковзання без зупинок дорівнює 0,607.

6. Розроблена математична модель, що складається з системи диференційних рівнянь, які вперше розглядають “рухомість” тонких поверхневих шарів автономно по відношенню до всієї деталі. Зв'язок поверхневого шару з основним матеріалом моделюється пружним елементом Гука з певною тангенціальною жорсткістю, а контакт з поверхнею характеристикою тертя, яка задавалась аналітично за результатами обробки експериментальних осцилограм. Відмінністю цієї задачі є те, що рушійною силою динамічного руху в контакті є не гармонічна вимушуюча сила, а наперед невідома функція сили тертя.

7. Розвинута теорія квазістатичного тертя як нестаціонарного процесу переходу від стану попереднього зміщення до проковзування з врахуванням якісних характеристик поверхонь, значень фактичної площі контакту, а також залежностями сил тертя від мікропереміщень та відносних швидкостей.

Теоретично одержані величини максимальних швидкостей відносного руху металевих поверхонь у межах 80…100 мкм/с, під час яких відбувається перехід контакту від квазістатичного до кінематичного стану. З урахуванням градієнта поверхні, комплексу умов контактування, параметра пластичності та впливу зростання з'єднань при тангенціальному зсуві, визначена середня величина зміщення поверхонь D₀, протягом якої зберігається безпосередній контакт між окремими мікронерівностями.

8. Перебіг динамічних характеристик відносного руху контактної пари показав, що збільшення пластичної частки у тангенціальній деформації веде до зменшення амплітуди та швидкостей проковзування до 20 % порівняно з суто пружним контактом. Використовуючи амплітудно-частотну характеристику, для даних умов навантаження знайдений мінімально можливий час перебування контакту у стані зчеплення для металевих поверхонь (Ф = 0,01 с). Практично завжди можна уникнути такого співвідношення власної та вимушуючої частоти , для якої Ф = 0,01 с, і тим самим знизити ризик втрати цілісності контакту.

Встановлено, що для співвідношення = 0,783 між вимушуючою та власною частотою спостерігається мінімальна часова затримка при переході до ковзання і одночасно втрачається вплив параметра пластичності на віброактивність контакту.

9. Експериментальні та теоретичні дослідження модельної контактної пари за схемою “кулька-площина” дозволили здійснити комплексний аналіз малоамплітудного фретингу, який полягає у розробленій теорії змішаного контакту та наступного еволюційного підходу до руйнування контактних поверхонь. Досліджений вплив закономірностей тангенціального навантаження на трансформацію співвідношення зон зчеплення та проковзування у плямі контакту. Критичне значення цього співвідношення, при якому можливий перехід у повне проковзування, для стальних поверхонь дорівнює 0,68, титанових сплавів - 0,74, покриттів з твердих сплавів - 0,34.

10. Вирішена контактна задача з частковим проковзуванням. На основі критерію Губера-Мізеса знайдені розподіли еквівалентних максимальних тангенціальних напружень на поверхні та глибині поверхневого шару. Епюри еквівалентних тангенціальних напружень показали не тільки місце ймовірного зародження поверхневих тріщин та траєкторію їх подальшого руху вглиб матеріалу, а й об'єм того поверхневого шару, який сприймає критичні значення напружень.

11. Динаміку режиму зчеплення-проковзування визначає показник , як відношення миттєвої сили тертя до максимально можливої сили статичного тертя. Отримана часова розгортка параметра (t). За умови (t) < 1 - стан зчеплення, при (t) 1 - стан проковзування, де t - будь-який фіксований проміжок часу. За допомогою перетворення Фур'є проведений аналіз “щільності” проковзування в однонаправленному русі як частоти набування функцією (t) значення одиниці.

12. Теоретичні розробки, в тому числі й математичне моделювання, були підтверджені експериментальним спостереженням за фретинг-пошкодженнями у плямах контакту Показаний вплив початкових умов контактування на перебіг динамічного руху в контакті ННФЗ, а саме: положення поверхонь, що контактують, відносно центра зони зчеплення та початкових швидкостей. При цьому, відбуваються трансформації фазових портретів, а за ними швидкостей і амплітуди проковзування, які безпосередньо впливають на фретингостійкість.

13. Розвинута теорія адсорбційної активації металевих поверхонь при субмікронних відносних мікропереміщеннях. Експериментально доведено, що навіть при відносних циклічних зміщеннях до 1…2 мкм, локальні області фактичного контакту, можуть бути центрами активного утворення продуктів фретингу. Отримані аналітичні залежності для оцінювання величини мікропереміщень, роботи сил тертя та енергії у зонах проковзування у змішаному контакті. В областях зчеплення, при відповідній кількості циклів навантаження, спостерігається розшарування окремих ділянок поверхні. Встановлено, що сталість зони зчеплення відповідає за сталість динамічних характеристик контакту, а трансформація зони проковзування веде до зміни кількісних характеристик динамічного руху системи, іншими словами до розхитування з'єднання. Кінематичні, динамічні, фрикційні та енергетичні показники фретинг-процесу встановлюють границю малоамплітудного фретингу в межах 10…16 мкм.

14. Проведений комплексний аналіз експериментальних даних з динаміки хаотичних коливань у контактній парі з фретингом. Розроблені програми для обчислення показника Ляпунова за часовим рядом. Теоретичні дослідження показника Ляпунова стосувалися його залежності від виду характеристики тертя. Розроблені методи отримання перерізів Пуанкаре та показників Херста, за якими ідентифікуються передхаотичні та хаотичні коливання в елементах контактних пар з фретингом. Вперше запропонований вейвлет-аналіз часового перебігу фретинг-процесу, який дозволяє безпосередньо під час експлуатації чи експерименту, отримувати важливі якісні та кількісні характеристики стану ННФЗ, а саме, енергетичні параметри режимів зчеплення та проковзування, довготривалі тенденції у зміні контактного стану при експлуатації з'єднань, фіксувати переходи до режимів мікропроковзування, зчеплення-проковзування і повного ковзання, діагностувати вузли та конструкції.

15. Кількісні та якісні характеристики малоамплітудного фретингу знайшли своє повне підтвердження при чисельному моделюванні методом скінченних елементів циклічних тангенціальних навантажень контактної пари “площина-кулька”. Зроблено висновок про те, що найбільш небезпечним, з точки зору номінальної нерухомості контакту і можливого розвитку фретингу, є такий напружено-деформований стан, для якого можливі відносні зміщення поверхонь у 2…6 мкм.

16. Ефективним способом підвищення довготривалої цілісності ННФЗ для конструкційних сталей і сплавів є комбінована обробка поверхонь електроіскровим легуванням твердими сплавами з наступним лазерним опромінюванням. Відповідна щільність покриття поверхні лазерним опромінюванням створювала комірки різних розмірів, що призводило до армування поверхні. Товщина модифікованого шару з мікрооплавленням не перевищувала 5…15 мкм. Такі заходи зменшують віброактивність ННФЗ на 35…50 % і збільшують фретингостійкість контакту у 1,5…4 рази.

ОСНОВНІ ПУБЛІКАЦІЇ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

Костогриз С. Г. Теоретичні аспекти використання легкоплавких сплавів для пригнічення фреттинг-корозії / С. Г. Костогриз, Ю. І. Шалапко, А. Л. Ганзюк // Вісник Технологічного університету Поділля. - 1998. - № 4, Ч. 2. - С. 80-83.

Кузьменко А. Г. Фреттинг-усталость стали 45Х с диффузионными покрытиями / А. Г. Кузьменко, П. В. Каплун, Ю. И. Шалапко // Проблеми трибології. - 2000. - № 2. - С. 16-20.

Shalapko Y. I. Fretting-wear of constructional steel 1045 after laser modification of surface / Y. I. Shalapko, V. G. Kaplun // Applied mechanics and engineering. - 2002. - Vol. 7. - Р. 425-431.

Шалапко Ю. И. Лазерная обработка электроискровых покрытий для обеспечения фреттингостойкости / Ю. И. Шалапко, В. Г. Каплун, В. В. Гончар // Вестник двигателестроения. - 2002. - № 1. - С. 135-140.

Шалапко Ю. І. Перехідні процеси в системах з сухим тертям і диференційних рівняннях / Ю. І. Шалапко // Вісник Технологічного університету. - 2003. - Ч. 1, Т. 2. - № 6. - С. 258-262.

Шалапко Ю. І. Контроль параметрів протікання фретинг-процесів / Ю. І. Шалапко, В. В. Гончар, К. Л. Горященко // Вимірювальна та обчислювальна техніка в технологічних процесах. - 2003. - № 1. - С. 153-156.

Shalapko J. The vibration and interaction into nominally-fixed joint modelling by a finite element method. / J. Shalapko, S. Kostogryz // Czasopismo Techniczne. Mechanika. - 2004. - Vol. 10. - Р. 345-353.

Шалапко Ю. Поведінка “третього тіла” в умовах середньоамплітудного фретингу / Ю. Шалапко, В. Гончар // Машинознавство. - 2004. - № 6 (84). - С. 39-42.

Shalapko J. Formation of local melting zone by laser alloying of surface and wear resistance under fretting conditions / J. Shalapko, S. Kostogryz, V. Gonchar // Archiwum Odlewnictwa, PL ISSN 1642-5308. - 2004. - Vol. 4, Book 12. - Р. 223-233.

Гончар В. В. Номінальний контактний тиск як критерій фретингостійкості азотованих титанових сплавів / В. В. Гончар, Н. С. Машовець, Ю. І. Шалапко // Надійність і довговічність машин і споруд. - 2005. - Вип. 24. - С. 150-156.

Марчук Р. А. Розрахунок кінематики трьох взаємозв'язаних тіл та сил тертя, що виникають між ними та рухомою основою / Р. А. Марчук, Ю. І. Шалапко // Вісник Хмельницького національного університету. - 2005. - № 6, Т. 1. - С. 43-48.

Шалапко Ю. І. Фрикційна поведінка та деформація номінально-нерухомого контакту при вібраційному тангенціальному навантаженні / Ю. І. Шалапко //_Вісник двигунобудування. - 2005. - № 1. - С. 47-52.

Шалапко Ю. І. Вплив Штрибек-ефекту на нелінійний осцилятор з сухим тертям при кінематичному збудженні / Ю. І. Шалапко // Вісник Хмельницького національного університету. - 2005. - № 1. - С. 35-43.

Антошевский Б. Исследование поверхностных слоев гибких элементов муфт, поврежденных фреттинг-коррозией / Б. Антошевский, М. П. Братущак, Ю. И. Шалапко // Вісник Сумського національного аграрного університету. Серія “Механізація та автоматизація виробничих процесів”. - 2005. - Випуск 11 (14). - С. 107-110.

Шалапко Ю. І. Параметричне дослідження умов зчеплення-проковзування поверхонь при гармонічних коливаннях / Ю. І. Шалапко // Вісник Хмельницького національного університету. - 2005. - № 5. - С. 39-44.

Шалапко Ю. І. Динамічні та фрикційні чинники зчеплення поверхонь в умовах вібраційного навантаження / Ю. І. Шалапко // Вісник Хмельницького національного університету. - 2006. - № 1. - С. 80-84.

Radek N. Wіasnoњci tribologiczne powіok molibdenowych nanoszonych elektroiskrowo obrobionych laserem / N. Radek, J. Szalapko // Проблеми трибології.-2006.- № 1. - С. 76-81.

Шалапко Ю. І. Вейвлет-аналіз еволюційних задач динаміки систем з сухим тертям та фретинг-корозією / Ю. І. Шалапко // Вісник двигунобудування. - 2006. - № 1. - С. 22-28.

Шалапко Ю. І. Еволюційна модель фрикційної взаємодії поверхневих шарів при фретингу / Ю. І. Шалапко // Вісник двигунобудування. - 2006. - № 4. - С. 44-49.

Radek N. Manufacture of heterogeneous surfaces by electro-spark deposition and laser beam / N. Radek, J. Szalapko // Вісник двигунобудування. -2006. - № 2. - С. 208-210.

Мікропереміщення та цілісність елементів ендопротезування кульшового суглобу / [Ю. І Шалапко, В. Лабяк, Ю. Б. Міхайловський, Я. М. Васильчишин] // Вісник Хмельницького національного університету. - 2006. - Т. 2, № 2. - С. 171-179.

Костогриз С. Г. Постійне тертя та встановлення в динамічних моделях номінально-нерухомих фрикційних з'єднань / С. Г. Костогриз, Ю. І. Шалапко // Вісник Хмельницького національного університету. - 2006. - № 6. - С. 150-155.

Шалапко Ю. І. Малоамплітудний фретинг на поверхні азотованого титанового сплаву / Ю. І. Шалапко, Н. С. Машовець, Г. Шетела // Проблеми трибології. - 2006. - № 4. - С. 117-123.

Radek N. Powіoki elektroiskrowe WC-Co modyfikowane wi№zk№ laserow№ / N. Radek, J. Szalapko // Проблеми трибології. - 2006. - № 3. - С. 88-92.

Behaviour of nitriding layers for condition of small amplitude fretting / [G. M. Drapak, Y. I. Shalapko, N. S. Mashovets, N. Radek] // Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering. - 2007. - Vol. 20, Issues 1-2. - Р. 243-246.

Шалапко Ю. І. Моделювання та особливості тертя при переході від зчеплення до проковзування / Ю. І. Шалапко // Вісник Хмельницького національного університету. - 2007. - № 1. - С. 234-241.

Шалапко Ю. І. Реологічні властивості контактної поверхні при тангенціальному навантаженні і переході до ковзання / Ю. І. Шалапко // Проблеми трибології. - 2007. - № 4. - С. 133-138.

Тарельник В. Б. К вопросу применения гальванических покрытий для защиты деталей гибких муфт от фреттинг-корозии / В. Б. Тарельник, Ю. И. Шалапко, М. П. Братущак // Вісник Сумського національного аграрного університету. - 2007. - Випуск 1(16). - С. 106-109.

Шалапко Ю. І. Теория механического подобия в исследованиях виброперемещений вызванных сухим трением / Ю. І. Шалапко, К. Фурманик, С. Г. Костогрыз // Проблемы легкой и тектильной промышленности Украины. - 2007. - №1(13). - С. 76-79.

Shalapko Y. Stick-slip regime of fretting for nominally-fixed joints / Y. Shalapko //_Вісник Хмельницького національного університету. - 2007. - № 5. - С. 62-66.

Методи математичного орієнтування та динамічного планування в n-мірному просторі чинників еволюції фретинг-процесів / [Ю. І. Шалапко, Ю. Б. Міхайловський, М. Є. Скиба, С. Г. Костогриз] // Вісник Хмельницького національного університету. - 2007. - № 5 - С. 52-58.

Шалапко Ю. І. Моделювання динамічного руху в інтерфейсі контактних поверхонь при мікропереміщеннях / Ю. І. Шалапко, В. С. Курской // Вимірювальна та обчислювальна техніка в технологічних процесах. - 2008. - № 1. - С. 26-31.

Шалапко Ю. І. Активація фретинг-процесів в області дії мікрозміщень контактних поверхонь / Ю. І. Шалапко, В. С. Курской // Вісник Хмельницького національного університету. ? 2008. - № 2. - С. 168-173.

Шалапко Ю. І. Визначення динамічних особливостей у вібраційному русі контактних пар методом вейлет-перетворення часових рядів / Ю. І. Шалапко // Вісник Хмельницького національного університету. ? 2009. - № 1. - С. 107-113.

Shalapko Y. I. Research process of fretting-corrosion in nominal joint by modeling variation pressure / Y. I. Shalapko, S. G. Kostogryz // Proceedings of Tribological problems in exposed friction systems. - 2002. - P. 292-296

Шалапко Ю. І. Процеси фретинг-зношування та фретинг-втоми в номінально-нерухомих з'єднаннях деталей машин / Ю. І. Шалапко // Трибофатика. - 2003. - С. 279-283.

Костогрыз С. Г. Частичное проскальзывание плоских поверхностей / С. Г. Костогрыз, Ю. И. Шалапко // Праці II Польсько-Української наук. конф. “Технічно-економічне сприяння розвитку підприємництва”. - Краков, 2005. - С. 121-130.

Шалапко Ю. І. Аналіз сучасних технологічних методів захисту деталей муфт від фретинг-корозії / Ю. І. Шалапко, М. П. Братущак, С. В. Ладенко // Технологии ХХI века : Сб. науч. статей по материалам 13-й междунар. науч.-метод. конф. - Сумы : СНАУ, 2006. - С. 110-116.

Шалапко Ю. И. Механика микроперемещений с трением в приложении вейвлет-анализа / Ю. И. Шалапко, В. Г. Гамбург // Труды междунар. симпозиума “Надежность и качество 2006”, Пенза. - 2006. - Т. 2. - С. 293-297.

Shalapko J. Evolution of stick-slip regime and chaos for fretting-process / J. Shalapko, S. Kostogryz // Proc. 8-th Conf. Active noise and vibration control methods. - Krakow. - 2007. - Р. 432-443.

Патент 59812А Україна, G01N3/00. Установка для дослідження триботехнічних властивостей матеріалів та покриттів / Ю. І. Шалапко, В. В. Гончар, В. О. Павлик. Заявник і патентовласник Технологічний університет Поділля. - № 2003087504 ; заявл. 11.08.2003 ; опубл. 15.09.2004, Бюл. № 9.

Патент 69559А Україна, G01N3/00. Установка для дослідження матеріалів та покриттів в умовах фретинг-процесів / Ю. І. Шалапко, В. В. Гончар, В. Г. Каплун. Заявник і патентовласник Технологічний університет Поділля. - № 20021210343 ; заявл. 20.12.2002; опубл. 15.09.2003, Бюл. № 9.

АНОТАЦІЯ

Шалапко Ю. І. Еволюційні моделі фретинг-процесу у номінально-нерухомому фрикційному контакті. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.02.04 - тертя та зношування в машинах. - Хмельницький Національний університет, 2009.

У дисертації вирішена науково-технічна проблема підвищення довговічності номінально-нерухомих фрикційних з'єднань, що має важливе значення у забезпеченні довготривалої експлуатації відповідальних конструкцій та вузлів, які експлуатуються в полі вібраційного навантаження. Методами математичного моделювання та комп'ютерної симуляції розроблена еволюційна модель динамічної поведінки контакту. Модель основана на математичних формулюваннях особливостей фрикційної взаємодії поверхонь у умовах малих швидкостей проковзування (менше 1 мм/с), а саме в околицях нульової швидкості при реверсивному русі поверхонь. Досліджені динамічні передумови виникнення та еволюції фретинг-процесу у контакті металевих поверхонь. Описані якісні та кількісні характеристики фретингостійкості конструкційних матеріалів при циклічних мікрозміщеннях менше 15 мкм. Окремо розроблені питання міцності поверхневих шарів для змішаного контакту. Визначений теоретично та підтверджений експериментально режим динамічного зчеплення-проковзування для фретинг-процесу, як самий небезпечний з точки зору максимальної концентрації комплексу фрикційної та вібраційної активності у контакті. Осцилограми у вигляді масиву часових рядів аналізувались Фур'є-перетворенням, розрахунком показника Ляпунова, побудовою перерізів Пуанкаре та вейвлет-перетворенням.

Запропонований спосіб підвищення фретингостійкості номінально-нерухомих фрикційних з'єднань комбінованою обробкою поверхонь електроіскровим легуванням твердими сплавами з наступним лазерним опромінюванням. Відповідна щільність покриття поверхні лазерним опромінюванням створювала комірки різних розмірів, що призводило до армування поверхні.

Ключові слова: фретинг, номінально-нерухомий фрикційний контакт, швидкісна характеристика тертя, зчеплення-проковзування, моделювання.

АННОТАЦИЯ

Шалапко Ю. И. Эволюционные модели фреттинг-процесса в номинально-неподвижном фрикционном контакте. - Рукопись.

Диссертация на получение ученой степени доктора технических наук по специальности 05.02.04 - трение и износ в машинах. - Хмельницкий национальный университет, 2009.

В диссертации решена научно-техническая проблема повышения долговечности номинально-неподвижных фрикционных соединений, что имеет большое значение в обеспечении длительной эксплуатации ответственных конструкций и узлов, которые эксплуатируются в поле вибрационной нагрузки. Методами математического моделирования и компьютерной симуляции разработана эволюционная модель динамического поведения контакта. Модель основана на математических формулировках особенностей фрикционного взаимодействия поверхностей в условиях малых скоростей скольжения (меньше 1 мм/с), а именно в окрестностях нулевой скорости при реверсивном движении поверхностей. Исследованы динамические предпосылки возникновения и развития фреттинг-процесса в контакте металлических поверхностей. Описаны качественные и количественные характеристики фреттингостойкости конструкционных материалов при циклических микросмещениях меньше 15 мкм. Отдельно разработаны вопросы прочности поверхностных слоев для смешанного контакта.

Особенностью моделирования контактной динамики была дифференциация приконтактной зоны на тонкий квазиподвижный поверхностный слой и статичный нижележащий объем детали. Этот тонкий слой играет роль “третьего тела” в контакте и испытывает с одной стороны циклические упруго-пластические тангенциальные деформации в условиях сцепления поверхностей, а также проскальзывания в условиях превышения силами трения упругих сил деформирования поверхности контакта, с другой. Такой феноменологический подход реализован системой дифференциальных уравнений, которые описывают динамическое движение элементов контактной пары при циклическом тангенциальном сдвиге.

В соответствии с экспериментально определенной скоростной характеристикой реверсивного трения и аналитическим ее описанием, решение дифференциальных уравнений дало возможность получить численную функцию силы трения при малоамплитудном фреттинге. Таким образом, впервые была получена характеристика трения в зависимости от параметров динамической нагрузки контактной пары. Это важно с точки зрения того, что трение является единственной движущей силой, которая инициирует относительную подвижность элементов номинально-неподвижного соединения. Модель квазистатического трения учитывает значение скорости относительного смещения, ниже которого отсутствует проскальзывание, Штрибек-эффект, параметр пластичности, максимальную силу статического трения. Эти характеристики были определены аналитически с учетом роста соединений при тангенциальном сдвиге, расчета количества пятен контакта, параметров шероховатости, относительной тангенциальной деформации, коэффициента трения и механических свойств поверхностей.

Такой комплексный подход дал возможность к уже описанным ранее режимам фреттинга добавить и точно идентифицировать “режим динамического сцепления-проскальзывания” для фреттинг-процесса, как наиболее энергетически выгодного для существования динамической системы (эффект потенциальной ямы), однако наименее выгодного с точки зрения фреттингостойкости. На этой основе определены минимально возможные временные и амплитудные характеристики микропроскальзывания, выше которых наступает переход к глобальному скольжению двух поверхностей. Параллельно исследовались геометрические параметры гистерезисных петель и по ним предложены новые критерии определения стадийности фреттинг-процеса. Разработанный математический аппарат позволяет не только диагностировать степень “подвижности” соединения, но и прогнозировать его дальнейшую эволюцию, которая может вести как к затуханию виброактивности, так и к его расшатыванию сопряжения - потери целостности соединения.

Развиты новые положения адсорбционной активации металлической поверхности при субмикронных циклических относительных микроперемещениях. Доказано, что максимальные локальные микроповреждения поверхности происходят при амплитудах 10…16 мкм. Осциллограммы, полученные в виде массива временных рядов, анализировались преобразованием Фурье, определением показателя Ляпунова, построением сечений Пуанкаре и вейвлет-анализом.

Предложен способ повышения фреттингостойкости номинально-неподвижных фрикционных соединений с помощью комбинированной обработки поверхностей электроискровым легированием твердыми сплавами с последующим лазерным облучением. Соответствующая плотность покрытия поверхности лазерным облучением создавала упрочненные фрагменты, что приводило к армированию поверхности. Такая дискретизация поверхностных свойств позволила сконцентрировать значительные контактные усилия на упрочненных участках, повысить силу статического трения и уменьшить виброактивность контакта.

Ключевые слова: фреттинг, номинально-неподвижный фрикционный контакт, характеристика трения, сцепление-проскальзывание, моделирование.

ANNOTATION

Shalapko Y. І. Evolutional model of fretting-process for nominal-fixed frictional joints. - The Manuscript.

The dissertation on the receipt of a scientific degree of Dr.Sci.Tech. for a speciality 05.02.04 is friction and wear in machines. - Khmelnitckiy National University, 2009.

At dissertation the scientific and technical problem of increase of service life for nominal-fixed frictional joints is decided, that has the value is important in providing of long duration exploitation of responsible constructions and assembly which are work in the field of the vibration loading. By the methods of mathematical modeling and computer simulation the evolutional model of dynamic conduct of contact is developed. A model is based on mathematical formulations of features of frictional interaction of surfaces in the laws of small velocity of slip (less than 1 mm/s), namely in fences surrounding village of zeroing velocity at reversible motion of surfaces. Dynamic pre-conditions of origin and development of fretting-process are explored in the contact of metallic surfaces. Described high-quality and quantitative descriptions of fretting-resistance of constructions materials at cyclic micro- displacements less than 15 мm. The questions of durability of surface layers are separately developed for the mixed contact. Certain in theory and confirmed by experimental of stick-slip dynamic regime for a fretting-process, as most dangerous from the point of a view the maximal concentration of complex frictional and vibration activity in the contact. Positions of the adsorption activating of metallic surface are developed at the submicron cyclic relative motion. It is proved that the maximal local micromotion of surface take place at amplitudes of 10…16 мm. Oscillograms of dynamic motion, as the time-series, by Fourier-analysis, calculation of index of Liapunov, construction Poincare Map and velvet - analysis were analyzed.

The method of increase of fretting ? resistance of nominal-fixed frictional joints by the combined treatment of surfaces is offered by the electro-sparking alloying with the next laser irradiation. Proper tightness of coverage of surface by the laser irradiation created the cells of different sizes, which brought surfaces over to reinforcing.

Keywords: fretting, nominal-fixed frictional contact, characteristics of friction, stick-slip, modeling.

Размещено на Allbest.ru