Размещено на http://www.allbest.ru/

Методики оценки работоспособности подшипников скольжения, развиваемые на кафедре «Динамика и прочность машин» Брянского государственного технического университета

М.В. Зернин

Аннотация

Описаны развиваемые на кафедре «Динамика и прочность машин» Брянского государственного технического университета методики расчетно-экспериментальной оценки работоспособности и долговечности подшипников скольжения по системе критериев взаимодействия и повреждения поверхностей. Представлены методики расчета гидродинамических или контактных давлений и напряжений, методики моделирования усталостных процессов в антифрикционном слое и различных видов изнашивания его поверхности. Приведен обзор публикаций сотрудников кафедры в центральных журналах по этой тематике и указаны направления дальнейшего развития предлагаемых подходов.

Ключевые слова: подшипник скольжения, работоспособность, долговечность, методики оценки, критерии отказа.

Подшипники скольжения (ПС) подвержены комплексу воздействий и повреждений. При эксплуатации машин замена вкладышей ПС является одной из наиболее часто реализуемых ремонтных процедур. Зачастую вкладыши содержат слой из дорогостоящего антифрикционного материала (АФМ), а трудоемкость работ по замене вкладышей бывает высока из-за необходимости разборки и сборки машины. Замена вкладышей чревата серьезными экономическими затратами. В то же время известны случаи долгосрочной службы даже тяжело нагруженных, но удачно спроектированных ПС. Обычно подбор параметров узла ПС осуществляется на основе справочников, аккумулирующих опыт эксплуатации подобных вариантов. Иногда сразу угадывается удовлетворительное решение, чаще стадия доводки узла затягивается надолго. Таким образом, имеются резервы экономии средств за счет уточнения методик проектирования узла ПС.

Другой путь экономии затрат состоит в назначении обоснованных критериев выбраковки вкладышей. Различные фирмы дают существенно различающиеся рекомендации и критерии замены вкладышей при периодических осмотрах. Нередко преобладает принцип перестраховки, и вкладыши меняют при любом плановом периодическом осмотре. Но обоснованность назначения интервалов между осмотрами не очевидна. Необходимость более осмысленного выбора конструктивных параметров узла ПС, назначения реальных критериев выбраковки вкладышей и длительности межосмотровых периодов также требует разработки более точных методик расчетной оценки работоспособности ПС.

Методами расчетов подшипниковых узлов занимаются многие научные школы. ПС- это классический узел трения, требующий изучения с позиций различных научных направлений: механики жидкости и газа; исследований напряженно-деформированного состояния (НДС), усталостной долговечности, всего комплекса трибологических исследований. Приведем в статье краткий обзор исследований ПС, выполняемых более 30 лет на кафедре «ДПМ» БГТУ (БИТМ). Активизировались эти исследования А.Г.Кузьменко, поступившим в аспирантуру к проф. Л.Н.Никольскому. А.Г.Кузьменко положил начало многим направлениям исследования узлов ПС, развитие которых продолжается и сейчас. Остановимся лишь на направлениях, по которым получены существенные результаты, отраженные в публикациях в центральных журналах, и обозначим перспективы развития этих направлений. В тех случаях, когда важные результаты опубликованы в менее солидных изданиях, приведены ссылки на такие публикации.

Исследования давлений и напряжений. А.Г.Кузьменко построил методику приближенных расчетов давлений и напряжений в соединениях типа «вал-втулка» при сухом и граничном трении. Формулы для вычисления давлений были получены с использованием гипотезы обобщенного винклеровского основания, напряжения определялись методом тригонометрических рядов. Этот подход доведен до методических рекомендаций, изданных ВНИИНМАШ [1]. В настоящее время Н.Н.Рыбкиным разработана программа, реализующая эту методику и имеющая современный удобный интерфейс. Подход имеет смысл применять для оценочных расчетов на ранней стадии разработки узла ПС.

Уникальные экспериментальные исследования напряжений в антифрикционном слое (АФС) проведены А.В.Яковлевым. Изготовлена модель крейцкопфного подшипника судового дизеля из органического стекла со слоем эпоксидной композиции. Все параметры малогабаритной модели подобраны в соответствии с правилами моделирования физического эксперимента. В эпоксидном материале, моделирующем АФС, размещены розетки малобазных тензометрических датчиков. Результаты этих экспериментов имеют практическое значение (переданы ПО «БМЗ»), а также используются нами для тестирования методик расчета узлов ПС [2].

А.В.Яковлев и А.Г. Кузьменко выполнили комплекс экспериментальных исследований реологических эффектов в баббитовом слое, нанесенном на стальную основу [3]. Полученные результаты позволяют качественно и количественно описать процесс формирования и изменения остаточных и суммарных напряжений в период эксплуатации баббитового слоя подшипника. Построена пространственная диаграмма в координатах «напряжение - температура - время» с учетом стадий кристаллизации баббита, остывания, выдержки в остывшем состоянии, нагрева при запуске машины, выдержки в нагретом состоянии (при работе машины), остывания при остановке машины и дальнейшего многократного повторения цикла (пуск - работа - останов машины). Рассмотрено, как при такой эксплуатации ПС изменяются суммарные тангенциальные напряжения в баббитовом слое. Суммируются остаточные, температурные, монтажные (от установки вкладышей с натягом) составляющие и соответствующая компонента силовой составляющей (от внешней нагрузки на узел ПС). Показано, что в зависимости от длительности паузы между пусками машины цикл изменения тангенциальных напряжений или сразу будет близок к симметричному, или быстро станет таковым вследствие релаксации средних компонент напряжений.

Таким образом, доказано, что во время эксплуатации ПС в баббитовом слое средние значения суммарных составляющих всех компонент НДС (кроме радиальных) релаксируют практически до нуля. Значит, для таких компонент напряжений нужно определить амплитуду их динамической составляющей (от динамической внешней силы) и только ее можно учитывать при оценке долговечности подшипникового слоя. Радиальные напряжения существенно выше тангенциальных и не релаксируют, так как именно эта составляющая НДС уравновешивает действующую на подшипник внешнюю нагрузку. Последующие исследования других образцов [4; 5] подтвердили эти положения.

Группой исследователей под руководством А.Г.Кузьменко развивались методики расчета НДС в деталях машин с применением метода конечных элементов (МКЭ) [6; 7]. Причем большое внимание уделялось решению нелинейных задач. Так, для решения контактных задач использовались положения механики контактной псевдосреды [6], так называемого «третьего тела». При появлении нелинейных составляющих в разрешающих уравнениях обычно организуют итерационные процедуры, представляющие собой рекуррентные последовательности линейных решений. Важно обеспечить сходимость таких процедур. Предпринимались попытки использовать итерационные процедуры, применяяемые в теории пластичности и получившие названия «метод дополнительных напряжений» (МДН) и «метод дополнительных деформаций» (МДД). Нелинейные характеристики конечных элементов (КЭ) могут качественно различаться. Опыт решения практических задач показал, что для различных типов нелинейных характеристик должны применяться различные схемы итерационных процедур [8; 9]. Однако бывают случаи, когда в одной и той же задаче, в частности в контактной, содержатся нелинейные характеристики различного типа. Кроме того, тип нелинейной характеристики при достижении некоторого значения аргумента может качественно измениться. Именно из-за таких сложностей ранее нам не удалось построить сходящийся алгоритм решения контактной задачи в рамках механики контактной псевдосреды.

Для обеспечения сходимости в таких случаях А.П.Бабиным разработан комбинированный алгоритм [8-13], который можно рассматривать как объединение существующих алгоритмов МДН и МДД. Этот алгоритм реализует возможность применения в каждый конкретный момент вычисления по той итерационной процедуре, которая гарантирует сходимость. Продемонстрировано, что такой комбинированный алгоритм позволяет решать задачи со многими нелинейностями различного типа [8-13].

В некоторых случаях на диаграммах свойств контактных КЭ появляются разрывы. Например, при учете скачкообразного уменьшения коэффициента трения скольжения по сравнению с коэффициентом трения покоя. Другой вариант скачкообразного изменения свойств КЭ возникает, например, при моделировании процессов разгрузки и последующего нагружения нелинейно деформируемого материала. Характеристики повторного нагружения до некоторого уровня деформации имеют нулевые значения уровней напряжений. Разрывы на характеристиках КЭ появляются в том случае, когда нагрузка прикладывается неоднократно. Применяемая в сочетании с МКЭ дискретизация на шаги процесса приложения нагрузки позволяет рассматривать практически любой характер изменения внешних воздействий на объект во времени. Высокопроизводительные ЭВМ позволяют прикладывать внешние нагрузки по малым шагам и отыскивать решение на каждом шаге. Таким образом, фактически моделируется реальный процесс нагружения с учетом истории изменения внешнего воздействия. Можно моделировать процессы разгрузки, появления остаточных напряжений и деформаций, последующие этапы повторного нагружения [8-11]. подшипник скольжение гидродинамический напряжение

Разрывы на диаграммах свойств КЭ могут существовать и для их исходного состояния. В частности, зазоры между контактирующими поверхностями можно задавать как разрывные свойства контактных КЭ. Такой прием позволяет внешнюю нелинейность, определяемую нелинейными граничными условиями на поверхности контакта, свести к внутренней нелинейности - нелинейным свойствам самих контактных КЭ. Стадия определения границ площадки контакта может быть реализована в рамках механики контактной псевдосреды [8-13] как решение задачи со специфическими свойствами контактных КЭ, учитывающих не только нелинейное деформирование слоя, но и наличие исходного зазора между поверхностями. Можно не использовать прием включения-выключения контактных КЭ в зону контактирования, требующий применения внешнего итерационного цикла для поиска площадки контакта. В рамках механики контактной псевдосреды используются контактные КЭ, которые всегда включены в схему расчета. Но они наделены индивидуальными свойствами в зависимости от их геометрического положения (начальный зазор включен в свойства контактных КЭ).

Бывает необходимость решать более сложные задачи с учетом взаимовлияния более двух нелинейных характеристик, например объемные контактные задачи с учетом отличающихся касательных свойств (коэффициентов трения) в различных направлениях. А.П.Бабиным построена методика решения задач с учетом такой анизотропии трения и решен ряд тестовых задач, подтвердивших работоспособность подхода. Кроме того, решены задачи с учетом упругопластического деформирования материала контактирующих тел.

Применение такого алгоритма позволяет определить многие характеристики контактирования тел: давления, касательные деформации в пределах предварительного смещения, переход к стадии проскальзывания на отдельных участках поверхности и т.п. Кроме небольших модельных задач решены контактные задачи для реальных объектов [2; 14-16]. Так, для оппозитного компрессора удалось объяснить появление на вкладышах ПС необычно расположенных трещин усталости за счет проявления фреттинг-усталостных процессов [16]. Обоснована замена материала основы вкладыша, что исключило явления фреттинг-усталости.

Однако разработанная А.П.Бабиным программа имеет упрощенный интерфейс, поэтому возможности использования ее для реальных объектов ограничены. В последние годы нами для выполнения достаточно сложных расчетов НДС активно использовались промышленные программные пакеты Femap-Nastran. В числе прочих задач рассчитаны узлы ПС в трехмерной постановке с моделированием нескольких зон контактирования. А.Г.Яшутиным освоена и описана методика внедрения в Femap-Nastran альтернативных алгоритмов [17]. В настоящее время признано нецелесообразным доводить до требуемой кондиции собственные программные разработки. Начато внедрение указанного комбинированного алгоритма в промышленный конечноэлементный пакет Femap-Nastran для совмещения преимуществ имеющегося функционала (в частности, развитого интерфейса) этих пакетов и подхода механики контактной псевдосреды, позволяющего учесть большее количество нелинейных эффектов, появляющихся в контактных задачах.

Прорабатывалось также другое направление развития МКЭ, а именно вариант стохастического моделирования НДС на основе метода возмущений второго порядка [12; 13]. Построен трехмерный 20-узловой стохастический КЭ, выполнен ряд тестовых расчетов, подтвердивших экономичность такого подхода по сравнению с традиционными методами получения вероятностных характеристик НДС (например, по сравнению с методом статистических испытаний - методом Монте-Карло).

Моделирование течения жидкости. А.Г.Кузьменко с учениками достаточно успешно решали упругогидродинамические задачи для ПС на основе одномерного уравнения Рейнольдса с вычислением упругих перемещений поверхностей в соответствии с гипотезой обобщенного винклеровского основания по методике [1]. Одновременно предпринимались попытки реализовать конечноэлементные модели решения гидродинамических задач на основе уравнения Рейнольдса в двухмерной постановке. Но практическая реализация методики расчета параметров гидродинамики динамически нагруженных ПС с применением МКЭ выполнена А.И.Рытиком, А.В.Мишиным, С.М.Шалыго и Н.Н.Рыбкиным под руководством М.В.Зернина [2; 18-22]. В настоящее время на кафедре «ДПМ» разработан комплекс программ BBFEM, реализующий эти подходы и имеющий удобный современный интерфейс для подготовки исходных данных и представления результатов расчетов. Вычисляются гидродинамические давления, потоки истекающей жидкости, траектория движения вала в подшипнике, потери мощности и т.п. На основе этих данных определяются такие критерии работоспособности ПС, как минимальный зазор, максимальное давление, требуемый объем подаваемого масла и т.п.

В нашей стране такие задачи решают на основе метода конечных разностей, менее трудоемкого, чем МКЭ. Но применение нами МКЭ позволяет получить ряд преимуществ. В частности, можно измельчать сетку КЭ вблизи таких конструктивных элементов, как масляные канавки, выходное отверстие канала для подвода масла, и для учета дефектов формы поверхностей. Кроме того, моделирование слоя масла по МКЭ позволит в дальнейшем связать задачу о течении жидкости с задачами о распределении поля температур и упругом деформировании поверхностей вала и вкладыша [18]. Первые успехи в решении такой связанной термоупругогидродинамической задачи достигнуты И.А.Васильченко и Н.Н.Рыбкиным. В частности, построен 20-узловой КЭ трехмерной задачи, в котором кроме совместных функций формы использованы несовместные дополнительные функции формы. Интерполирующий полином в таком КЭ дополнен до полинома 3-й степени. Серия тестовых расчетов для температурной задачи и задачи об упругом НДС показала, что такой КЭ точно моделирует искомую величину при больших отношениях наибольшего его размера к наименьшему (100:1 и более). Поэтому данный КЭ можно эффективно использовать для моделирования АФС, толщина которого во много раз меньше двух других его размеров.

Выполнены расчеты гидродинамических характеристик ПС нескольких машин при статическом и динамическом характере прикладываемой нагрузки: газотурбокомпрессора ГТК10-И, крейцкопфных ПС судового дизеля, высоконапорной насосной установки УНП 55-250, оппозитного компрессора и др. [2; 19-21]. Кроме расчетов ПС с номинальными размерами А.В.Мишиным и Н.Н.Рыбкиным выполнена серия расчетов ПС при отклонении формы от номинальной (овальность, конусность, огранка и т.п.) [22]. Также рассчитаны варианты ПС при наличии на его поверхности дефектов различного типа. Такие исследования позволят более обоснованно назначать критерии выбраковки вкладышей и, соответственно, продолжительность межремонтных интервалов.

Кроме того, прорабатывалось направление решения более общей задачи гидродинамики при трехмерном моделировании масляного слоя на основе уравнений Навье-Стокса [23]. При реализации этого подхода возможно выделение не только зон гидродинамического смазывания, но и зоны граничного трения и даже сухого контактирования. В этом случае подход механики контактной псевдосреды трактуется в более общей формулировке: в единой расчетной схеме могут содержаться КЭ, описывающие различное состояние «третьего тела» - как жидкое, так и нелинейно деформируемое твердое.

Экспериментальные исследования характеристик усталости АФМ и расчетное моделирование усталостных повреждений АФС ПС. Повышение усталостной долговечности особенно актуально для ПС со слоем оловянистых баббитов. Эти дорогостоящие АФМ имеют отличные антифрикционные характеристики, но усталостные их свойства сравнительно низки. На кафедре «ДПМ» выполнен огромный цикл экспериментальных исследований усталостных свойств таких баббитов [4; 12; 13; 24-27]. При этом применялись стандартное оборудование и стандартные образцы [12; 13], стандартное оборудование, но специально разработанные двухслойные образцы [4; 12; 13; 27], а также многие варианты специально разработанных стендов и специальных образцов [12; 13; 24-27]. Получены важнейшие характеристики усталости и циклической трещиностойкости оловянистых баббитов.

По исследованиям монометаллических образцов [12; 13] построены обобщенные диаграммы усталостных повреждений и разрушения и статистические кривые усталости, обоснован выбор модели накопления усталостных повреждений, оценено влияние асимметрии цикла нагружения, масштабного фактора, сложного напряженного состояния и т.п. факторов.

По исследованиям образцов со слоем баббита, нагружаемых без контактирования [4; 27] изучены процессы зарождения системы трещин в слое, развития независимых трещин и целых систем таких трещин. В настоящее время исследуются стадии развития коротких трещин, количественные параметры статистической кинетической диаграммы циклической трещиностойкости, объединяющей стадии развития коротких трещин, упругого и упругопластического развития макротрещин.

Важнейшим достижением А.В.Яковлева является разработка полунатурного испытательного стенда [24], на котором много лет выполнялись испытания полукольцевых подшипников-образцов. При выполнении нескольких хоздоговорных работ были получены важные научные и практические результаты [24-26]. Систематизация результатов всех экспериментальных исследований таких подшипников-образцов содержится в перечисленных статьях и в монографии [12; 13]. Испытания полукольцевых подшипников-образцов при контактных условиях [12; 13; 24-26] позволили оценить влияние следующих факторов: толщины слоя (масштабного фактора), сложного напряженного состояния, уровня температуры, процессов зарождения и развития системы трещин в слое с учетом расклинивающего действия смазочного материала. Кроме того, исследовано влияние различных технологий нанесения баббита на сталь, а также испытаны композитные вкладыши, представляющие собой пакет медных сеток, залитых баббитом[26].

Параллельно с экспериментальными исследованиями предпринимались попытки построения статистических моделей и методик расчетной оценки долговечности ПС. Свои варианты предлагали А.Г.Кузьменко [28], А.В.Яковлев, М.В.Зернин, П.Н.Савоничев. В настоящее время развивается модель М.В.Зернина [29], основанная на дискретизации временной оси и объема АФС, расширенная с целью одновременного моделирования усталостных процессов и различных видов изнашивания [30].

Исследования процессов изнашивания баббитов. Исследования изнашивания оловянистых баббитов описаны в работах многих научных школ, поэтому много информации почерпнуто нами из научно-технической литературы. Нами тоже выполнены эксперименты на стандартных машинах трения и специально разработанных стендах. Отметим, что в связи с очень медленным изнашиванием оловянистых баббитов нами разработан вариант метода искусственных баз [31], позволяющий точнее позиционировать испытуемый образец на профилографе-профилометре.

А.Г. Кузьменко много внимания уделил построению математических моделей изнашивания материалов и сопряжений. Для ПС ряда машин выполнены расчеты изнашивания и даны рекомендации по повышению их износостойкости. Представляет научный и практический интерес предложение А.Г.Кузьменко при расчетах изнашивания сопряжений учитывать масштабный фактор путем математического описания условий совместности изнашивания различных участков поверхности [32]. Последующее развитие эти схемы для различных видов изнашивания получили в работах М.В.Зернина на основе дискретизации процесса изнашивания по времени и дискретного представления поверхности с учетом кинематических условий совместности изнашивания участков [12; 13; 30; 33]. Непосредственная реализация численных методов расчета многих видов изнашивания выполнена А.Г.Яшутиным. Один из примеров расчета изнашивания приведен в нашей работе [33].

Прорабатывались модели описания некоторых видов изнашивания с позиций механики контактного разрушения [12; 13; 34]. Рассмотрена стадийность процессов изнашивания, показано, что во многих случаях зарождаются и развиваются трещины. Поэтому подходы механики разрушения представляют интерес при разработке моделей следующих видов изнашивания: эрозионного и кавитационного повреждения поверхностей ПС; некоторых вариантов абразивного воздействия на поверхность; фреттинг - усталости; некоторых вариантов изнашивания при относительном скольжении поверхностей (например, изнашивание отслаиванием и ротационное изнашивание). Часть подобных моделей доведены А.Г.Яшутиным до работоспособных алгоритмов. Такие модели включены в соответствующие библиотеки моделей изнашивания, реализованные в общей методике расчета [30, 33].

Расчетное моделирование повреждений различного типа, протекающих одновременно. В ПС практически всегда давления и другие компоненты тензора напряжений распределены неравномерно, могут реализовываться одновременно различные режимы трения на разных участках поверхности: жидкостный, граничный и даже сухой. Соответственно могут проявляться повреждения различных типов. Эти повреждения могут происходить по отдельности на разных участках поверхности, но чаще в некоторых зонах одновременно протекают процессы повреждения различных типов, влияющие друг на друга. На основании собственного опыта и классификаторов, используемых различными фирмами, нами предложена систематизация повреждений элементов ПС [12; 13; 30; 33].

В подшипниках жидкостного трения возможными являются повреждения от перегрева, механической (объемной) усталости, изменений давлений на небольших участках поверхности (на уровне микроструктуры), химического воздействия смазочных веществ (коррозия и смолообразование). В масле часто присутствуют пропускаемые фильтрами твердые частицы, которые могут оказывать абразивное или эрозионное воздействие. В подшипниках сухого трения могут проявляться контактные повреждения по любому известному механизму изнашивания (в зависимости от условий контактирования и свойств материалов пары трения). В подшипниках смешанного режима трения на разных участках поверхности могут проявляться повреждения, характерные для ПС двух названных типов трения.

Отметим, что среди механизмов изнашивания немаловажное место занимают такие виды, которые объясняются усталостными процессами в материале: усталостный износ, износ отслаиванием, ротационный и др. Возможно проявление взаимного влияния объемной усталости и изнашивания из-за ускоренного накопления усталостных повреждений в приповерхностных слоях или из-за удаления наиболее повреждаемых от усталости поверхностных слоев.

Нами была предложена достаточно общая методика расчетно-экспериментальной оценки долговечности ПС с учетом усталостных и износоконтактных повреждений и взаимовлияния всех повреждающих факторов [30; 33]. В настоящее время основные элементы этой методики реализованы (в первом приближении) и подтверждена принципиальная их работоспособность. Начата разработка программного комплекса, реализующего предложенную общую методику и допускающего дополнительное расширение функциональных возможностей. Методика основана на пространственной и временной дискретизации процессов накопления повреждений различного вида. Для отдельных дискретных участков возможно применение разных моделей накопления повреждений, описывающих различные виды изнашивания и усталость материала. Объединение результатов для группы участков осуществляется по простейшим формулам теории вероятности и с учетом кинематических условий совместности их изнашивания.

Перечислим некоторые из наиболее часто встречающихся критериев предельного износа [12; 13; 33]: достижение предельной глубины износа хотя бы на одном участке поверхности контакта (варианты: любой точки; точки, лежащей в определенной части поверхности контакта; точки, лежащей на определенной линии; конкретной точки поверхности контакта); достижение предельного износа на некоторой доле участков от их общего количества (варианты: произвольно расположенных участков; соседних участков, составляющих площадку определенной величины - по площади или длине); те же самые критерии, но в конкретных частях повреждаемой поверхности; появление царапины определенной длины в произвольной или конкретной зоне поверхности; перечисленные критерии износа, но не по показателю линейного изнашивания, а по показателю поверхностной поврежденности (например, питтинговых или эрозионных микроповреждений); достижение предельного линейного износа всей поверхности в целом или заданное сближение за счет изнашивания двух контактирующих деталей как жесткого целого; достижение заданного уровня весового износа.

Критерии усталостного повреждения: предельная поврежденность какой-то площадки на поверхности (площадка может быть привязана к определенной зоне поверхности, или могут быть заданы только предельные значения размеров зоны повреждения без указания конкретного места), наличие предельной концентрации трещин на какой-то площадке, наличие макротрещины предельной длины, наличие предельного числа макротрещин длиной не менее какого-то заданного значения и т.п.

Все эти параметры рассчитываются в рамках общей методики [33]. Конкретизация расчетных методик отдельных этапов приведена в наших работах [35-37]. Так, в статье Е.В.Мефёда [35] приведены алгоритм и примеры построения сетки дискретизации АФС, задания свойств материала и других начальных условий задачи. В статье А.В.Гришанова [36] приведены методики прямого моделирования трещин в АФС и определения коэффициентов интенсивности напряжений (КИН). В статье С.Н. Осипова [37] описаны специально построенные гибридные конечные элементы, в которых значения КИН входят в список параметров, определяемых при решении системы уравнений.

Описанная процедура применялась для расчетной оценки долговечности баббитового слоя подшипников-образцов, методика и результаты испытаний которых приведены в наших работах [24; 25].

Итак, на кафедре «ДПМ» выполнен большой объем работ по различным направлениям исследований ПС. Наиболее значимые результаты: выполнены экспериментальные исследования релаксации напряжений в АФС; построен комбинированный алгоритм решения нелинейных задач и реализованы подходы механики контактной псевдосреды; разработаны алгоритмы и программа для двухмерного конечноэлементного моделирования течения смазывающей жидкости в ПС; разработаны стенды, методики испытаний и выполнен комплекс экспериментальных исследований усталостных свойств оловянистых баббитов; построена методика расчетной оценки долговечности ПС по комплексу критериев отказа из-за объемной усталости и различных видов изнашивания.

Можно указать следующие направления дальнейшего развития исследований на ближайшие годы: внедрение комбинированного алгоритма решения нелинейных задач и подходов механики контактной псевдосреды в промышленные программные пакеты Femap-Nastran; программная реализация связанной термоупругогидродинамической задачи; обработка результатов экспериментальных исследований баббита по уточненным методикам; более полная программная реализация методики расчетной оценки долговечности ПС по комплексу критериев отказа из-за объемной усталости и различных видов изнашивания.

Список литературы

1. Кузьменко, А.Г.Обеспечение износостойкости изделий. Расчеты работоспособности подшипников скольжения (типа «вал-втулка») по критериям прочности и износостойкости. Расчет контактных давлений и напряжений при сухом и граничном трении: метод. рек. МР 215-86 / А.Г.Кузьменко, М.В.Зернин. - М.: Изд-во ВНИИНМАШ, 1986. - 69 с.

2. Зернин, М.В.Дискретное моделирование повреждений подшипников скольжения с учетом комплекса воздействий и критериев отказа. Сообщение 3. Конечноэлементные модели контактного взаимодействия поверхностей / М.В.Зернин, А.П.Бабин, И.И.Бурак, А.В.Яковлев // Трение и износ. - 2000. - Т. 21. - № 4. - С. 361- 368.

3. Кузьменко, А.Г. Релаксация напряжений в баббитовом слое подшипников скольжения / А.Г.Кузьменко, А.В.Яковлев // Проблемы прочности. - 1985. - № 9. - С. 11-17.

4. Зернин, М.В.Экспериментальная оценка влияния асимметрии цикла нагружения на усталостную долговечность баббитовых слоев / М.В.Зернин // Заводская лаборатория. - 1998. - Т. 64. - № 4. - С. 48-52.

5. Зернин, М.В.Контактная ползучесть баббитового слоя подшипника скольжения / М.В.Зернин, А.В.Яковлев, А.Г.Кузьменко // Заводская лаборатория. - 2008. - Т. 74. - № 5. - С. 58-62.

6. Кузьменко, А.Г. Основные уравнения теории упругости и пластичности и метод конечного элемента: учеб. пособие / А.Г.Кузьменко. - Тула: Тул. политехн. ин-т, 1980. - 99 с.

7. Кузьменко, А.Г. Метод конечного элемента в расчетах деталей машин и конструкций : учеб. пособие / А.Г.Кузьменко, В.И.Овсий. - Брянск: БИТМ, 1982. - 91 с.

8. Зернин, М.В. К исследованию контактной жесткости с использованием модели механики контактной псевдосреды /М.В. Зернин , А.П.Бабин // Заводская лаборатория. -2001. - Т. 67. - №6. - С. 51-54.

9. Бабин, А.П. Учет влияния нелинейных свойств поверхностных слоев при конечноэлементном решении задач о контактном взаимодействии деформируемых тел / А.П.Бабин, М.В.Зернин // Трение и смазка в машинах и механизмах. - 2008. - № 3. - С. 3-16.

10. Бабин, А.П. Конечноэлементное моделирование контактного взаимодействия с использованием положений механики контактной псевдосреды / А.П.Бабин, М.В.Зернин // Изв. РАН. Механика твердого тела. - 2009. - №4. - С. 84-107.

11. Зернин, М.В.Алгоритм комбинированного метода решения конечноэлементных задач с нелинейностями различного типа / М.В.Зернин, А.П.Бабин // Вестн. БГТУ. - 2009. - №4. - С. 57-64.

12. Морозов, Е.М. Контактные задачи механики разрушения / Е.М. Морозов, М.В. Зернин. М.: Машиностроение, 1999. - 544 с.

13. Морозов, Е.М. Контактные задачи механики разрушения / Е.М. Морозов, М.В. Зернин. - 2-е изд. М.: ЛИБРОКОМ, 2010. - 544 с.

14. Шилько, С.В. Моделирование контактного взаимодействия в сопряжениях микроэлектромеханических систем / С.В.Шилько, А.П.Бабин, В.Е. Старжинский, М.В.Зернин // Вестн. Гом. ГТУ. - 2002. - №3. - С.31-38.

15. Шилько, С.В. Особенности расчетов сопряжений компонентов МЭМС / С.В.Шилько, В.Е.Старжинский, А.П. Бабин, Е.М. Шалобаев, М.В.Зернин // Микросистемная техника. - 2003. - № 6. - С. 16-20.

16. Зернин, М.В. Анализ механизма износоусталостного повреждения и результаты модификации подшипников компрессора / М.В.Зернин, А.П.Бабин, А.В.Мишин, С.В.Шилько // Трение и износ. - 2007. - Т. 28. - №6.- С. 591-599.

17. Яшутин, А.Г. Написание прикладных программ в среде С++ BUILDER с использованием COM - модели SIEMENS FEMAP / А.Г.Яшутин // САПР и графика. - 2011. - №2. - С.91-95.

18. Зернин, М.В. Моделирование повреждений подшипников скольжения с учетом комплекса воздействий и критериев отказа. Сообщение 2. Конечноэлементные модели течения смазывающей жидкости / М.В.Зернин // Трение и износ. - 1997. - Т. 18. - № 5. - С. 603-611.

19. Рытик, А.И. Расчет методом конечных элементов давлений в зоне жидкостного смазывания поверхностей трения / А.И.Рытик, М.В.Зернин // Динамика и прочность транспортных машин: сб. науч. тр. / под ред. В.И. Сакало. - Брянск: БГТУ, 2000. - С. 137-143.

20. Мишин, А.В. Расчет динамически нагруженных опор скольжения методом конечных элементов/ А.В.Мишин // Динамика, прочность и надежность транспортных машин: сб. науч. тр. / под ред. Б.Г. Кеглина. - Брянск: БГТУ, 2002. - С. 174-182.

21. Зернин, М.В.Гидродинамический расчет различных вариантов исполнения шатунных подшипников скольжения насосной установки УНП55-250 / М.В.Зернин, А.В.Мишин, Ф.В.Банщиков // Вестн. БГТУ. - 2007. - №4. - С. 73-79.

22. Мишин, А.В. Конечноэлементная методика расчета динамически нагруженных подшипников скольжения с учетом отклонений формы рабочей поверхности от цилиндрической / А.В.Мишин, М.В.Зернин // Сборка в машиностроении и приборостроении. - 2008. - №2. - С. 43-54.

23. Зернин, М.В. Моделирование контактного взаимодействия с использованием положений механики «контактной псевдосреды» / М.В. Зернин, А.П. Бабин, А.В. Мишин, В.Ю. Бурак // Вестн. БГТУ. - 2007. - №4. - С. 62-72.

24. Кузьменко, А.Г. Методика оценки сопротивления усталости антифрикционных материалов для подшипников скольжения / А.Г. Кузьменко, А.В. Яковлев, М.В. Зернин // Заводская лаборатория. - 1984. - № 8. - С. 77-79.

25. Зернин, М.В. К исследованию усталостной долговечности баббитового слоя тяжелонагруженных подшипников скольжения / М.В. Зернин, А.В. Яковлев // Заводская лаборатория. - 1997. - № 11. - С. 39-47.

26. Зернин, М.В. Экспериментальная оценка долговечности напыленных и армированных сеткой баббитовых слоев подшипников скольжения /М.В. Зернин // Трение и износ. - 1987. - Т. 18. - № 4. - С. 506-514.

27. Зернин, М.В.Экспериментальные исследования зарождения системы трещин в баббитовых слоях, нанесенных на стальную основу / М.В.Зернин, А.Г.Кузьменко, П.Н.Савоничев // Заводская лаборатория. - 1998. - Т. 64. - № 1. - С. 38-44.

28. Кузьменко, А.Г. Статистические уравнения подобия усталостного разрушения подшипников скольжения / А.Г.Кузьменко // Машиноведение. - 1984. - №4. - С. 77-83.

29. Зернин, М.В. Конечноэлементное описание процессов усталости с учетом особых свойств поверхности материала /М.В. Зернин // Заводская лаборатория. - 1995. - № 2. - С. 43-51.

30. Зернин, М.В. Дискретное моделирование повреждений подшипников скольжения с учетом комплекса воздействий и критериев отказа. Сообщение 1. Общая схема расчета долговечности / М.В. Зернин // Трение и износ. - 1996. - Т. 17. - № 6. - С. 747-755.

31. Зернин, М.В. Методика определения малых величин износа и построение математической модели изнашивания баббита при неустановившемся режиме граничного трения / М.В. Зернин, А.Г. Кузьменко // Заводская лаборатория. - 1998. - № 8. - С. 48-52.

32. Кузьменко, А.Г. Влияние статистической неоднородности, размеров и кинематических условий на износ поверхностей трения /А.Г. Кузьменко // Трение и износ. - 1985. - Т.6. - № 3. - С. 432-441.

33. Зернин, М.В. Реализация методики оценки долговечности подшипников скольжения по системе критериев повреждения поверхностей трения / М.В.Зернин, Е.В.Мефёд, А.Г.Яшутин, А.А. Гришанов // Вестн. БГТУ. - 2009. - № 2. - С. 31-41.

34. Зернин, М.В.Механика разрушения тел при контактном взаимодействии / М.В.Зернин, Е.М.Морозов // Механика контактных взаимодействий. - М.:Физматлит, 2001. - С. 624-639.

35. Мефёд, Е.В. Реализация элементов методики расчетной оценки долговечности подшипников скольжения по системе критериев повреждения поверхностей трения / Е.В.Мефёд // Вестн. БГТУ. - 2009. - № 3.- С. 65-69.

36. Гришанов, А.А. Моделирование трещин при расчете напряжений в антифрикционных слоях, нанесенных на стальную основу / А.А.Гришанов // Вестн. БГТУ. - 2011. - № 2. - С. 18-20.

37. Осипов, С.Н. Определение коэффициентов интенсивности напряжений методом гибридных конечных элементов / С.Н.Осипов // Вестн. БГТУ. - 2007. - № 4. - С. 80-83.

Размещено на Allbest.ru