|
|
|
Термомеханічний критерій утворення частинки зношування для просторового напруженого стану
| Назва | Термомеханічний критерій утворення частинки зношування для просторового напруженого стану |
| Назва англійською | Thermo-mechanical criterion of generation of wear particles for volumetric stress |
| Автори | 112.297 |
| Принадлежність | Тернопiльський національний технiчний унiверситет iменi Iвана Пулюя |
| Бібліографічний опис | Сулим Г. Т. Термомеханічний критерій утворення частинки зношування для просторового напруженого стану / Георгій Теодорович Сулим, Сергій Юрійович Пир’єв // Вісник ТНТУ — Тернопіль : ТНТУ, 2015. — Том 77. — № 1. — С. 15-30. — (Механіка та матеріалознавство). |
| Bibliographic description: | Sulym G. Thermo-mechanical criterion of generation of wear particles for volumetric stress / G. Sulym, S. Pyr'yev // Bulletin of TNTU — Ternopil : TNTU, 2015. — Volume 77. — No 1. — P. 15-30. — (Mechanics and materials science). |
| УДК | 539.3 |
| Ключові слова | тертя
зношування
термомеханічне навантаження
просторовий напружений стан
friction
wear
thermomechanical loading
the stress state space |
| Стисло проаналізовано існуючу класифікацію частинок зношування, які формуються під час руйнування металевих сплавів в умовах тертя. Виявлено, що деякі з них можна ототожнити зі структурними елементами приповерхневого шару. У зв’язку з цим запропоновано двоточковий термомеханічний критерій утворення частинок зношування для тривимірного напруженого стану в приповерхневому шарі трибологічної системи. Використовуючи цей критерій, виявлено тісний зв’язок між мікроструктурою сплаву, розмірами частинок зношування й шорсткістю поверхневого шару контртіла. Для прикладу, побудовано карту термомеханічного зношування для сталі ШХ15.
The model of friction and wear surfaces is constructed based on theory of mechanical frictional interaction. The state of stress and kind of the surface layers fracture is analyzed. Longevity of mobile connections is estimated and critical conditions that lead to disruption of its normal function are defined. The ways to control friction and wear are discussed. The destruction of metal alloys in terms of friction accompanied by the separation of fine particles of a material called wear particles that are the parts of the metal matrix material. The current classification of the wear particles formed during the destruction of metal under the friction is briefly analysed. It is found that some of them can be identified as the structural elements of the surface layer. Thus, the two-point thermomechanical criteria of the appearance of wear particles for three-dimensional stress state in the surface layer of the tribological system is proposed. Thermomechanical wear criterion is based on the assumption that wear of the contact surfaces under mechanical and thermal load (frictional load) may occur due to the transition of the material at two points of the surface layer in the plastic state. Considered that the yield strength depends on the temperature. The distributions of the temperature and stresses in a half-space, caused by the temperature and normal pressure in the contact area, that moves with a constant speed, are used as input. Using this criteria, a close relationship between the microstructure of the alloy, size of wear particle and roughness of the surface layer counter-body is found. The size of the grain surface, under and above which under certain conditions material can pass in plastic state, may be defined from the size of contact spot (space of load of surface), which is formed from a single sliding frictional contact with a solid half-space inequalities can specify. Thus, there is the correlation between the size of a grain surface layer and the size of contact spot. For example, a map for the thermomechanical wear of the steel ShH15 is built.Comparison of critical load values in the case of one- and two-point criteria is done. The difference between the proposed criteria of wear and proposed previously by the authors one point criterion is that the critical stress is reached not only in some point in the friction surface, but in nearest to this point under the surface (such as grain size range). |
| ISSN: | 1727-7108 |
| Перелік літератури | 1. Горячева, И.Г. Контактные задачи в трибологии [Текст] / И.Г. Горячева, М.Н. Добычин. – М.: Машиностроение, 1988. – 256 с.
2. Владимиров, В.И. Проблемы физики трения и изнашивания [Текст] / В.И. Владимиров. – Физика износостойкости поверхности металлов. – Ленинград: ФТИ РАН, 1988. – С.8–41.
3. Колубаев, А.В. Закономерности формирования поверхностных структур при трении с высокими нагрузками [Текст] / А.В. Колубаев, С. Ю .Тарасов // Трение и износ. – 1998. – Т.19, No 3. – С.379–385.
4. Моделирование сдвиговой пластической деформации в приповерхностных слоях материалов с градиентом физико-механических свойств при трении скольжения [Текст] / В.Е. Рубцов, А.В. Колубаев, А.В. Белый, В.А. Кукареко // Физическая мезомеханика. – 2003. – T.6, No3. – С.57–61.
5. Гаркунов, Д.Н. Триботехника (Износ и безизносность): учебник [Текст] / Д.Н. Гаркунов. – 4-е изд., перераб. и доп. – М.: Издательство МСХА, 2001. – 616 с.
6. Трибология. Физические основы, механика и технические приложения: учебник для вузов [Текст] / И.И. Беркович, Д.Г. Громаковский; Под ред. Д.Г. Громаковского. – Самара, 2000. – 268 с.
7. Dmitriev, A.I. Multilevel simulation of friction and wear using numerical methods of discrete mechanics and phenomenological theory [Text] / A.I. Dmitriev, A. Yu. Smolin, V.L. Popov, S.G. Psakhie // Physical Mesomechanics. – 2008. – No4. – P.15–24.
8. Швецов, А.Н. Частицы износа в контактных парах [Текст] / А.Н. Швецов // Современные наукоёмкие технологии. – 2005. – No11. – С.96–97.
9. Scott, D. Predictive Maintenance by Ferrography [Text] / D. Scott, V.C. Westcott // Wear. – 1977. – Vol.44, No1. – P.173–182.
10. Марченко, Е.А. О природе разрушения поверхности металлов при трении [Текст] / Е.А. Марченко. – М.: Наука, 1979. – 120 с.
11. Dalley, R.A New Era: Wear Particle Analysis / Ferrography [Text] / Raymond J. Dalley // Uptime Magazine. – 2011. – August/September. – P.40–43.
12. Sun, N.P. The Delamination Theory of Wear [Text] / N.P. Sun // Wear – 1973. – Vol.25, No1. – P.111–124.
13. Scott, D. The Particles of Wear [Text] / D. Scott, W.W. Seifert, V.C. Westcott // Scientific American. – 1974. – Vol.230, No 5. – P.10–11.
14. Чичинадзе, А.В. Полимеры в узлах трения машин и приборов [Текст] / А.В. Чичинадзе – М.: Машиностроение, 1988. – 328 с.
15. Методы диагностики машин по анализу работающего масла [Электронный ресурс]. – ООО Химотолог. – Режим доступа: http://himmotolog.ru/?page_id=629.
16. Ding, J. Determining fatigue wear using wear particle analysis tools [Электронный ресурс]. – Machinery lubrication. – Режим доступа: http://www.machinerylubrication.com/Read/526.
17. Pall Corporation. Contamination Control and Filtration Fundamentals. East Hill, New York. – 1994.
18. Jin, X. A Study on Rolling Bearing Contact Fatigue Failure by Macro-Observation and Micro-Analysis [Text] / X. Jin and N.Kang // Proceedings of the International Conference on Wear of Materials, Denver, Colorado. –1989. – P. 205–213.
19. Anderson, D. Wear Particle Atlas (Revised). Report NAEC. Naval Air Engineering Center, Advanced Technology Office, Support Equipment Engineering Department. –1982. – P.92–163.
20. Колесников, В.А. Классификация частиц износа сталей, образовавшихся в условиях трения качения, по морфологии [Текст] / В.А. Колесников, А.И. Балицкий, О.А. Погорелов // Наукові вісті Далівського університету: зб. наук. праць. – Луганськ, 2011. – No4.
21. Rabinowicz E. Friction and wear of materials [Text] / E. Rabinowicz. – N. Y.: Wiley, 1965. – 244 p.
22. Боуден, Ф.П. Трение и смазка твердых тел; пер с англ. [Текст] / Ф.П.Боуден, Д.Тейбор. – М.: Машинострение, 1968. – 543 с.
23. Мур, Д. Основы и применение трибоники; пер с англ. [Текст] / Д. Мур. –М.: Мир, 1978. – 487 с.
24. Balitskii, A. The influence of microstructure and hydrogen – containing environments on the intensity of cast iron and steel damage by sliding friction. Part 1. Construction of a generalized model of surface layer friction of graphitized steel and cast-iron objects [Text] / A. Balitskii, V. Kolesnikov, J. Chmiel // Problemy eksploatacji. – 2007. –Vol.4, No67. – P.17–29.
25. Пинчук, В.Г. Микроструктурные механизмы разрушения металла при фрикционном нагружении [Текст] / В.Г. Пинчук, С.В. Короткевич, С.О. Бобович // Проблемы физики, математики и техники. – 2009. – No1(1). – С.15–20.
26. Ткаченко, Э.А. Развитие представлений об изнашивании отслаиванием в аспекте теории устойчивости деформируемых тел [Текст] / Э.А. Ткаченко // Прогресивні технології і системи машинобудування. – 2013. – Вип.1(45)–2(46). – С.257–266.
27. Бакли, Д. Поверхностные явления при адгезии и фрикционном взаимодействии; пер с англ. [Текст] / Д. Бакли. – М.: Машиностроение, 1986. – 359 с.
28. Коршунов, Л.Г. Структурные превращения при трении и износостойкость при трении аустенитных сталей [Текст] / Л.Г.Коршунов // Физика металлов и металловедение. – 1992. – No8. – С.3–21.
29. Михин, Н.М. Внешнее трение твёрдых тел [Текст] /Н.М. Михин – М.: Наука, 1977. – 221 с.
30. Дёмкин, Н.Б. Качество поверхности и контакт деталей машин [Текст] / Н.Б. Дёмкин, Э.В. Рыжов – М.: Машиностроение, 1981. – 244 с
31. Измайлов, В.В. Контакт твердых тел и его проводимость: монография [Teкст] / В.В. Измайлов, М.В. Новоселова – Тверь: ТГТУ, 2010. – 112 с.
32. Богданович, П.Н. Тепловые и термомеханические явления в контакте скольжения [Текст] / П.Н. Богданович, Д.В. Ткачук // Трение и износ. – 2009. – Т.30, No3. – С.214–229.
33. Hamilton, G.M. The stress field created by a circular sliding contact [Text] / G.M. Hamilton, L.E. Goodman // Trans. ASME. J. Appl. Mech. – 1966. – Vol.33, No1. – P.371–376.
34. Sackfield, A. Some useful results in the classic Hertz contact problem [Text] / A. Sackfield, D. Hills // J. Strain Analysis. – 1983. – Vol.18, No3. – P.195–197.
35. Ting, B.Y. Friction-induced thermal influences in elastic contact between spherical asperities [Text] / B.Y. Ting, W. O. Winer // Trans. ASME. J. Tribology. – 1989. –Vol.111, No2. – P.315–322.
36. Пырьев, С.Ю. Термомеханическое изнашивание при квазистационарном фрикционном теплообразовании [Текст] / С.Ю. Пырьев, О.О. Евтушенко, Г.Т. Сулим // Трение и износ. – 2012. – Т.33, No5. – С.435–443.
37. Ling, F.F. A quasi-iterative method for computing interface temperature distributions [Text] / F.F. Ling // Z. Angew. Math. Mech. (ZAMM). – 1959. –Vol.10, No5. – P.461–474.
38. Євтушенко, О.О. Напружений стан півпростору, зумовлений дією на його поверхні рухомого механічного та теплового навантаження [Текст] / О.О. Євтушенко, С.Ю. Пир’єв // Мат. методи та фіз.- мех. поля. – 2007. – Т.50, No2. – С.94–100.
39. Huber, M.T. Specific work of strain as a measure of material effort [Text] / M.T. Huber // Archives of Mechanics. – 2004. – Vol.56, No3. – P.173–190.
40. Беляев, Н.М. Сопротивление материалов [Текст] / Н.М. Беляев. – М.: Наука, 1965. – 856 с.
41. Божидарник, В.В. Елементи теорії пластичності та міцності [Текст] / В.В. Божидарник, Г.Т Сулим. – Львів: Світ, 1999. – 676 с.
42. Пир’єв, С.Ю. Максимальне еквівалентне напруження в термопружному півпросторі при русі механічного та теплового навантаження [Текст] / С.Ю. Пир’єв // Вісник Львівського університету. – 2011. – Вип.73: Серія механіко-математична. – С.177–183.
43. Фридман, Я.Б. Механические свойства металлов. Т.2 [Текст] / Я. Б. Фридман – М.: Машиностроение, 1974. – 368 с.
44. Крагельский, И.В. Основы расчетов на трение и износ [Текст] / И.В. Крагельский, М.Н. Добычин, В.С. Комбалов. – М.: Машиностроение, 1977. – 576 с.
45. Динник, А.Н. Удар и сжатие упругих тел [Текст] / А.Н. Динник. – Киев, 1909.
46. Джонсон, К. Механика контактного взаимодействия [Текст] / К. Джонсон. – М.: Мир, 1989. – 510 с.
47. Марочник конструкционных сталей станкостроения [Текст]; под ред. М. Е. Мардзняна. – М.: ЭНИМС, 1958. – 143 c.
48. Lim, S.C. Wear-mechanism maps [Text] / S. C. Lim, M. F. Ashby // Acta Metall. – 1987. –Vol.35. – P.1–24.
49. Hunt, E.B. Elastoplastic instability coused by the size effect and its influence of rubbing wear [Text] / S.C. Lim // J. Appl. Phys. –1955. – Vol.26, No7. – P.850–856. |
| References: | 1. Horiacheva, I.H. Kontaktnye zadachi v tribolohii [Text] / I.H. Horiacheva, M.N. Dobychin. – M.: Mashinostroenie, 1988. – 256 p.
2. Vladimirov, V.I. Problemy fiziki treniia i iznashivaniia [Text] / V.I. Vladimirov. – Fizika iznosostoikosti poverkhnosti metallov. – Leninhrad: FTI RAN, 1988. – P.8–41.
3. Kolubaev, A.V. Zakonomernosti formirovaniia poverkhnostnykh struktur pri trenii s vysokimi nahruzkami [Text] / A.V. Kolubaev, S. Iu .Tarasov // Trenie i iznos. – 1998. – V.19, No 3. – P.379–385.
4. Modelirovanie sdvihovoi plasticheskoi deformatsii v pripoverkhnostnykh sloiakh materialov s hradientom fiziko-mekhanicheskikh svoistv pri trenii skolzheniia [Text] / V.E. Rubtsov, A.V. Kolubaev, A.V. Belyi, V.A. Kukareko // Fizicheskaia mezomekhanika. – 2003. – T.6, No3. – P.57–61.
5. Harkunov, D.N. Tribotekhnika (Iznos i beziznosnost): uchebnik [Text] / D.N. Harkunov. – 4-e izd., pererab. i dop. – M.: Izdatelstvo MSKhA, 2001. – 616 p.
6. Tribolohiia. Fizicheskie osnovy, mekhanika i tekhnicheskie prilozheniia: uchebnik dlia vuzov [Text] / I.I. Berkovich, D.H. Hromakovskii; ed. D.H. Hromakovskoho. – Samara, 2000. – 268 p.
7. Dmitriev, A.I. Multilevel simulation of friction and wear using numerical methods of discrete mechanics and phenomenological theory [Text] / A.I. Dmitriev, A. Yu. Smolin, V.L. Popov, S.G. Psakhie // Physical Mesomechanics. – 2008. – No4. – P.15–24.
8. Shvetsov, A.N. Chastitsy iznosa v kontaktnykh parakh [Text] / A.N. Shvetsov // Sovremennye naukoemkie tekhnolohii. – 2005. – No11. – P.96–97.
9. Scott, D. Predictive Maintenance by Ferrography [Text] / D. Scott, V.C. Westcott // Wear. – 1977. – Vol.44, No1. – P.173–182.
10. Marchenko, E.A. O prirode razrusheniia poverkhnosti metallov pri trenii [Text] / E.A. Marchenko. – M.: Nauka, 1979. – 120 p.
11. Dalley, R.A New Era: Wear Particle Analysis / Ferrography [Text] / Raymond J. Dalley // Uptime Magazine. – 2011. – August/September. – P.40–43.
12. Sun, N.P. The Delamination Theory of Wear [Text] / N.P. Sun // Wear – 1973. – Vol.25, No1. – P.111–124.
13. Scott, D. The Particles of Wear [Text] / D. Scott, W.W. Seifert, V.C. Westcott // Scientific American. – 1974. – Vol.230, No 5. – P.10–11.
14. Chichinadze, A.V. Polimery v uzlakh treniia mashin i priborov [Text] / A.V. Chichinadze – M.: Mashinostroenie, 1988. – 328 p.
15. Metody diahnostiki mashin po analizu rabotaiushcheho masla [Elektronnyi resurs]. – OOO Khimotoloh. – Rezhim dostupa: http://himmotolog.ru/?page_id=629.
16. Ding, J. Determining fatigue wear using wear particle analysis tools [Elektronnyi resurs]. – Machinery lubrication. – Rezhim dostupa: http://www.machinerylubrication.com/Read/526.
17. Pall Corporation. Contamination Control and Filtration Fundamentals. East Hill, New York. – 1994.
18. Jin, X. A Study on Rolling Bearing Contact Fatigue Failure by Macro-Observation and Micro-Analysis [Text] / X. Jin and N.Kang // Proceedings of the International Conference on Wear of Materials, Denver, Colorado. –1989. – P. 205–213.
19. Anderson, D. Wear Particle Atlas (Revised). Report NAEC. Naval Air Engineering Center, Advanced Technology Office, Support Equipment Engineering Department. –1982. – P.92–163.
20. Kolesnykov, V.A. Klassyfykatsyia chastyts yznosa stalei, obrazovavshykhsia v uslovyiakh trenyia kachenyia, po morfolohyy [Text] / V.A. Kolesnykov, A.Y. Balytskyi, O.A. Pohorelov // Naukovi visti Dalivskoho universytetu: zb. nauk. prats. – Luhansk, 2011. – No4.
21. Rabinowicz E. Friction and wear of materials [Text] / E. Rabinowicz. – N. Y.: Wiley, 1965. – 244 p.
22. Bouden, F.P. Trenie i smazka tverdykh tel; per s anhl. [Text] / F.P.Bouden, D.Teibor. – M.: Mashinostrenie, 1968. – 543 p.
23. Mur, D. Osnovy i primenenie triboniki; per s anhl. [Text] / D. Mur. –M.: Mir, 1978. – 487 p.
24. Balitskii, A. The influence of microstructure and hydrogen – containing environments on the intensity of cast iron and steel damage by sliding friction. Part 1. Construction of a generalized model of surface layer friction of graphitized steel and cast-iron objects [Text] / A. Balitskii, V. Kolesnikov, J. Chmiel // Problemy eksploatacji. – 2007. –Vol.4, No67. – P.17–29.
25. Pinchuk, V.H. Mikrostrukturnye mekhanizmy razrusheniia metalla pri friktsionnom nahruzhenii [Text] / V.H. Pinchuk, S.V. Korotkevich, S.O. Bobovich // Problemy fiziki, matematiki i tekhniki. – 2009. – No1(1). – P.15–20.
26. Tkachenko, E.A. Razvytye predstavlenyi ob yznashyvanyy otslayvanyem v aspekte teoryy ustoichyvosty deformyruemykh tel [Text] / E.A. Tkachenko // Prohresyvni tekhnolohii i systemy mashynobuduvannia. – 2013. – Iss.1(45)–2(46). – P.257–266.
27. Bakli, D. Poverkhnostnye iavleniia pri adhezii i friktsionnom vzaimodeistvii; per s anhl. [Text] / D. Bakli. – M.: Mashinostroenie, 1986. – 359 p.
28. Korshunov, L.H. Strukturnye prevrashcheniia pri trenii i iznosostoikost pri trenii austenitnykh stalei [Text] / L.H.Korshunov // Fizika metallov i metallovedenie. – 1992. – No8. – P.3–21.
29. Mikhin, N.M. Vneshnee trenie tverdykh tel [Text] /N.M. Mikhin – M.: Nauka, 1977. – 221 p.
30. Demkin, N.B. Kachestvo poverkhnosti i kontakt detalei mashin [Text] / N.B. Demkin, E.V. Ryzhov – M.: Mashinostroenie, 1981. – 244 s
31. Izmailov, V.V. Kontakt tverdykh tel i eho provodimost: monohrafiia [Tekst] / V.V. Izmailov, M.V. Novoselova – Tver: THTU, 2010. – 112 p.
32. Bohdanovich, P.N. Teplovye i termomekhanicheskie iavleniia v kontakte skolzheniia [Text] / P.N. Bohdanovich, D.V. Tkachuk // Trenie i iznos. – 2009. – V.30, No3. – P.214–229.
33. Hamilton, G.M. The stress field created by a circular sliding contact [Text] / G.M. Hamilton, L.E. Goodman // Trans. ASME. J. Appl. Mech. – 1966. – Vol.33, No1. – P.371–376.
34. Sackfield, A. Some useful results in the classic Hertz contact problem [Text] / A. Sackfield, D. Hills // J. Strain Analysis. – 1983. – Vol.18, No3. – P.195–197.
35. Ting, B.Y. Friction-induced thermal influences in elastic contact between spherical asperities [Text] / B.Y. Ting, W. O. Winer // Trans. ASME. J. Tribology. – 1989. –Vol.111, No2. – P.315–322.
36. Pyrev, S.Iu. Termomekhanicheskoe iznashivanie pri kvazistatsionarnom friktsionnom teploobrazovanii [Text] / S.Iu. Pyrev, O.O. Evtushenko, H.T. Sulim // Trenie i iznos. – 2012. – V.33, No5. – P.435–443.
37. Ling, F.F. A quasi-iterative method for computing interface temperature distributions [Text] / F.F. Ling // Z. Angew. Math. Mech. (ZAMM). – 1959. –Vol.10, No5. – P.461–474.
38. Yevtushenko, O.O. Napruzhenyi stan pivprostoru, zumovlenyi diieiu na yoho poverkhni rukhomoho mekhanichnoho ta teplovoho navantazhennia [Text] / O.O. Yevtushenko, S.Yu. Pyriev // Mat. metody ta fiz.- mekh. polia. – 2007. – V.50, No2. – P.94–100.
39. Huber, M.T. Specific work of strain as a measure of material effort [Text] / M.T. Huber // Archives of Mechanics. – 2004. – Vol.56, No3. – P.173–190.
40. Beliaev, N.M. Soprotivlenie materialov [Text] / N.M. Beliaev. – M.: Nauka, 1965. – 856 p.
41. Bozhydarnyk, V.V. Elementy teorii plastychnosti ta mitsnosti [Text] / V.V. Bozhydarnyk, H.T Sulym. – Lviv: Svit, 1999. – 676 p.
42. Pyriev, S.Yu. Maksymalne ekvivalentne napruzhennia v termopruzhnomu pivprostori pry rusi mekhanichnoho ta teplovoho navantazhennia [Text] / S.Yu. Pyriev // Visnyk Lvivskoho universytetu. – 2011. – Iss.73: Seriia mekhaniko-matematychna. – P.177–183.
43. Fridman, Ia.B. Mekhanicheskie svoistva metallov. V.2 [Text] / Ia. B. Fridman – M.: Mashinostroenie, 1974. – 368 p.
44. Krahelskii, I.V. Osnovy raschetov na trenie i iznos [Text] / I.V. Krahelskii, M.N. Dobychin, V.S. Kombalov. – M.: Mashinostroenie, 1977. – 576 p.
45. Dinnik, A.N. Udar i szhatie upruhikh tel [Text] / A.N. Dinnik. – Kiev, 1909.
46. Dzhonson, K. Mekhanika kontaktnoho vzaimodeistviia [Text] / K. Dzhonson. – M.: Mir, 1989. – 510 p.
47. Marochnik konstruktsionnykh stalei stankostroeniia [Text]; ed. M. E. Mardzniana. – M.: ENIMS, 1958. – 143 c.
48. Lim, S.C. Wear-mechanism maps [Text] / S. C. Lim, M. F. Ashby // Acta Metall. – 1987. –Vol.35. – P.1–24.
49. Hunt, E.B. Elastoplastic instability coused by the size effect and its influence of rubbing wear [Text] / S.C. Lim // J. Appl. Phys. –1955. – Vol.26, No7. – P.850–856. |
| Завантажити |  |
|
