РАЗРУШЕНИЕ ПРИ КОНТАКТНОМ ВЗАИМОДЕЙСТВИИ

Книга содержит обзор основных достижений по методам решения и результатам решения задач механики контактных взаимодействий деформируемых тел, полученных российскими исследователями за последние 25 лет. По мере необходимости в книге также нашли отражение исследования зарубежных авторов. Книга состоит из семи глав. Первая глава посвящена изложению методов решения контактных задач. Во второй главе рассмотрены статические контактные задачи в неклассической постановке. Третья и четвертая главы соответственно посвящены рассмотрению стационарных и нестационарных динамических контактных задач. В пятой, шестой и седьмой главах соответственно нашли отражение контактные задачи в трибологии, контактные задачи для сложных сред и вопросы разрушения при контактном взаимодействии. [c.1]

Разрушение при контактном взаимодействии [c.623]

ГЛАВА 7. РАЗРУШЕНИЕ ПРИ КОНТАКТНОМ ВЗАИМОДЕЙСТВИИ [c.626]

Параметрами, определяющими ход процесса в данной модели, являются механические и теплофизические характеристики контактирующих тел, условия нагружения, коэффициент трения и исходная макро- и микроформа контактирующих тел. Проведенные расчеты позволили исследовать влияние параметров модели на интенсивность разрушения, размеры отделяющихся частиц и изменение микрогеометрии. Кроме того, данная работа подтвердила принципиальную возможность построения модели многократного разрушения при контактном взаимодействии. [c.653]

Сложность процессов, происходящих при контактных взаимодействиях твердых тел в условиях внешнего трения н приводящих к разрушению поверхностей трения, обусловила многочисленные методики для оценки свойств материалов узлов трения. Это привело к созданию обширного класса испытательных машин и стендов. [c.190]

В большинстве своём эти допущения касаются именно тех свойств, которые оказывают существенное влияние на процессы, имеющие место при фрикционном взаимодействии поверхностей. Прежде всего следует упомянуть, что эти процессы протекают в тонком поверхностном слое, который неоднороден по механическим характеристикам и имеет сложную структуру. Неоднородности поверхностных слоёв, возникающие в силу применения различных видов технологии обработки поверхности, нанесения износостойких и твёрдых смазочных покрытий, а также в процессе эксплуатации, влияют на характер напряжённого состояния и разрушения поверхностных слоёв при контактном взаимодействии двух тел. К этим неоднородностям относятся, прежде всего, геометрическая и механическая неоднородности, схематически изображенные на рисунке. [c.6]

В соответствии с ГОСТ 25142—82 шероховатость поверхности определяется как совокупность неровностей с относительно малыми шагами (отношение шаг—высота меньше 40). Как правило, шероховатость считают обусловленной случайными характеристиками разрушения поверхности и процессами копирования при контактном взаимодействии. [c.169]

Механика разрушения тел при контактном взаимодействии 625 [c.625]

Применение к задачам механики разрушения современных численных методов позволяет рассматривать не только развитие макротрещин, но и более ранние, а также более поздние стадии процесса. Если известно поле напряжений, возникающее при контактном взаимодействии тел, то в принципе можно исследовать всю последовательность событий, привлекая достаточно широкий круг методов механики деформируемого твердого тела, физики прочности, физического металловедения и других. В нашей монографии [11] описаны некоторые варианты численных моделей и продемонстрирована их перспективность для всех перечисленных выше случаев нагружения контактирующих тел. [c.625]

Важно отметить, что при контактном взаимодействии твердых тел характерна геометрическая локализация (непосредственно под площадкой контакта и вблизи нее) всех видов деформаций (упругой и пластической) и разрушения (зарождения и развития трещин). В таких условиях даже материалы, которые обычно являются хрупкими, проявляют пластические свойства в локальных зонах. Кроме того, пластическое деформирование приповерхностного слоя материала приводит к образованию поля остаточных напряжений, растягивающие компоненты которого оказываются причиной возникновения определенной системы трещин. [c.625]

Моделирование хрупкого разрушения. Фрактографический анализ показывает [13], что при эрозионном разрушении определяющим фактором является образование хрупких кольцевых трещин, производимых контактным динамическим взаимодействием летящих твердых частиц с поверхностью. Применяемые в экспериментах по эрозионному разрушению мелкие частицы радиусом порядка нескольких десятков или сотен микрон при контактном взаимодействии с поверхностью производят чрезвычайно короткие разрывающие импульсы. Зная их характеристики, а также значение пороговой скорости удара (потока), при которой начинается эрозионное разрушение поверхности, можно определить элементарный квант разрушения [8, 9] и соответствующее ему инкубационное время. С другой стороны, зная определяющие параметры критерия разрушения, можно рассчитывать принципиальные характеристики эрозионного процесса. Покажем, как данная схема может быть реализована в простейшем приближении на основе классической задачи механики контактного удара [4]. Пусть сферическая твердая частица радиуса R со скоростью V падает на поверхность упругого полупространства. Считаем, что уравнение движения частицы (индентора) записывается в виде [c.642]

Изнашивание, или разрушение поверхности при трении, происходит при контактном взаимодействии сопряженных деталей (или детали с внешней средой) и при их относительном движении. Являясь разновидностью разрушения твердых тел, изнашивание существенно отличается от объемного разрушения, что обусловлено следующими его особенностями. Деформационные процессы при трении протекают в тонких приповерхностных слоях материалов, характеризующихся высокой степенью нерегулярности строения вследствие рельефа поверхностей, несовершенства кристаллического строения, наличия большого количества дефектов, различных химических соединений материалов с окружающей атмосферой и адсорбционных слоев молекул окружающей атмосферы. [c.143]

Рассмотренный способ может быть применен и к прямолинейным сквозным трещинам. Даже при малых величинах СПД возникающий скручивающий момент и возникающее контактное взаимодействие ответных частей шероховатых элементов изломов существенно влияют на темп развития разрушения. Рекомендуется выполнить отверстия в зоне трещины и перед ее вершиной, установив в них крепежные элементы. Между отверстиями [c.457]

Особое внимание было уделено зоне излома, где макроскопически на расстоянии около 5 мм от очага разрушения отчетливо просматривалась смена шероховатости излома, обусловившая формирование усталостной линии. Уменьшение шероховатости излома в этой зоне связано с появлением продуктов фреттинга. Это означает резкое снижение скорости роста трещины в этой зоне и свидетельствует даже о ее задержке в течение некоторого периода времени. Продукты фреттинга указывают на контактное взаимодействие берегов трещины, которое происходит в случае задержки трещины при циклическом воздействии на деталь. [c.584]

Исследования в области механики контактных взаимодействий, химических и диссипативных процессов в поверхностных и приповерхностных слоях трущихся материалов показывают, что материал в указанных зонах в процессе трения резко изменяет свое физическое состояние, меняя механизм контактного взаимодействия. Происходят существенные изменения в суб- и микроструктуре приповерхностных микрообъемов. Изучение кинетики структурных, фазовых и диффузионных превращений, прочностных и деформационных свойств активных микрообъемов поверхности, элементарных актов деформации и разрушения, поиск численных критериев оптимального структурного состояния, оценок качества поверхности должны быть фундаментальной основой в поисках материалов и сред износостойких сопряжений. В настоящее время исследованы закономерности распределения пластической деформации по глубине поверхностных слоев металлических материалов, кинетика формирования вторичной структуры, процессы упрочнения, разупрочнения, рекристаллизации, фазовые переходы, которые, в свою очередь, зависят от внешних механических воздействий, состава, свойств трущихся материалов и окружающей среды. Важное значение в физике поверхностной прочности имеет определение связи интенсивности поверхностного разрушения при трении и величины развивающейся пластической деформации. Сложность указанной проблемы заключается в двойственности природы носителей пластической деформации. Дислокации, дисклинации и другие дефекты структуры являются концентраторами напряжений, очагами микроразрушения. В то же время движение дефектов (релаксационная микропластичность) приводит к снижению уровня напряжений концентратора, следовательно, замедляет процесс разрушения. Условия деформации при трении поверхностных слоев будут определять преобладание одного из указанных механизмов, от которого будет зависеть интенсивность поверхностного разрушения. Межатомный масштаб связан с характерным сдвигом, производимым элементарными носителями пластической деформации (дислокациями). В легированных металлических системах величина межатомного расстоя- [c.195]

Среди физико-химических процессов, определяющих процесс резания, основное значение имеет процесс пластической деформации при образовании стружки. От характера пластической деформации, деформационного упрочнения и разрушения металла при стружкообразовании зависят точность обработки деталей и качество поверхностного слоя. Параллельно со стружкообразованием при резании протекают процессы контактного взаимодействия инструмента со стружкой и обработанной поверхностью, сопровождаемые интенсивным тепловыделением, трением, адгезионным взаимодействием обрабатываемого материала и инструмента. Явления, сопровождающие контактное взаимодействие, существенно влияют на свойства обработанной поверхности, определяют стойкость инструмента и устойчивость процесса резания. Современная теория резания рассматривает процессы стружкообразования, контактных взаимодействий и формирования поверхности детали как единый процесс разрушения и деформирования металла. [c.565]

При всем многообразии структуры и свойств дисперсные системы и материалы характеризуются сочетанием двух важнейших особенностей сильно развитой межфазной поверхностью и высокой объемной долей дисперсной фазы в дисперсионной среде. Эти отличительные признаки рассматриваемых систем определяют как их основные объемные свойства, так и особенности протекания в них гетерогенных процессов. Для изыскания методов регулирования существенное значение приобретает установление закономерностей влияния на структуру дисперсных систем химических факторов в сочетании с одновременным воздействием механических, ультразвуковых и других полей. Поэтому решение проблемы управления технологическими процессами с участием дисперсных систем требует анализа контактных взаимодействий между дисперсными частицами, а значит, процессов образования и разрушения дисперсных структур в условиях сочетания множества разнородных воздействий. [c.50]

Вопросам разрушения при контактном взаимодействии посвяш,ен параграф данной книги, написанный М. В. Зерниным и Е. М. Морозовым. Обычно при исследовании вопросов разрушения речь идет об анализе поля напряжений для тела с трепанной, определяются условия начала роста треш,ины, реже рассчитывается траектория развития трещины в большинстве приложений разрушение рассматривается как однократный, катастрофический процесс. [c.651]

Избирательный перенос - вид контактного взаимодействия при трении, который возникает в результате протекания на поверхности комплекса механо-физико-химических процессов, приводящих к образованию систем автокомпенсации износа и снижения трения. Наиболее характерной является система образования защитной поверхностной пленки, в которой благодаря определенному структурному состоянию реализуется механизм деформации при трении, протекающий без накопления обусловливающих разрушение материала дефектов структуры [c.149]

Извилистая траектория трещины рассматривается в качестве доказательства того факта, что смещение берегов усталостной трещины в ее вершине происходит не только в направлении приложения нагрузки при одноосном циклическом растяжении, но и по типу Кц — поперечное смещение берегов трещины [81], как это показано на рис. 3.15б. Оно вполне естественно в силу уже указанной выше неоднородности процесса формирования зоны пластической деформации вдоль всего фронта трещины. Ее формирование происходит в условиях реализации волнового процесса передачи энергии от одной зоны к другой. Поэтому неизбежно возникновение участков с наибольшей и наименьшей концентрацией энергии. Там, где реализован максимальный уровень энергии, имеет место подрастание трещины в локальном объеме после исчерпания пластической деформации [82]. В зонах фронта трещины с минимальной концентрацией энергии происходит запаздывание разрушения по отношению к другим зонам фронта трещины, что создает предпосылки к реализации эффекта мезотуннелирования трещины (рис. 3.16). Эта ситуация может определяться различиями локальных пластических свойств материала из-за различий пространственной ориентировки кристаллографических плоскостей от зерна к зерну. Такая ситуация, например, характерна для формирования фронта трещины в титановых сплавах (см. рис. 3.166). Процесс распространения усталостной трещины в срединных слоях материала вдоль вершины трещины оказывается сложным и связан с различными эффектами, в том числе и с эффектом изменения траектории трещины, ветвлением и мезотуннелированием. В результате этого реальная поверхность излома после распространения трещины является шероховатой, что создает предпосылки в процессе роста трещины для возникновения различных эффектов контактного взаимодействия ее берегов. Они препятствуют закрытию берегов усталостной трещины, что влияет на темп подрастания трещины. [c.150]

Природа появления сферических частиц в изломе алюминиевого сплава МА87 при размахе КИН 7 и 9 MПa м / была объяснена контактным взаимодействием свободных поверхностей излома при фреттинге [84]. В результате измерения статистического анализа установлено, что выявленные частицы имеют размеры преимущественно двух типов до нескольких микрон и менее одного микрона. Проведенным металлографическим исследованием материала в зоне разрушения на попереч- [c.151]

Возникающая ситуация перед вершиной распространяющейся трещины и за ней оказывает различное влияние на развитие усталостной трещины при двухосном нагружении при различной ориентировке фронта трещины по отношению ко второй компоненте нагрузки. Это типично синергетическая ситуация в реакции материала на внешнее воздействие. В зависимости от того, какую роль играют внешние условия нагружения в кинетике усталостных трещин, материал имеет возможность задействовать различные механизмы разрушения, оказывающие влияние на скорость протекания процесса эволюции его состояния с распространяющейся усталостной трещиной. Добавление второй компоненты к нагружению по одной оси при благоприятной ориентировке трещины вызывает доминирование либо процесса пластической деформации в вершине трещины (перед ее вершиной), либо стимулирует эффекты контактного взаимодействия в перемычках между мезотуннелями за вершиной трещины. Выбор того или иного процесса происходит самоорганизован-но и зависит от того, какой из задействованных механизмов деформации и разрушения наиболее эффективно приводит к снижению темпа подрастания трещины, а следовательно, позволяет наиболее эффективно поддерживать устойчивость открытой системы — сохранять целостность элемента конструкции с развивающейся в нем усталостной трещиной. [c.324]

Из анализа излома следует, что полная длина трещины, при которой фрактографически отчетливо проявляется влияние перефузки на процесс разрушения, определяется последовательно в общем случае шириной зоны пластического затупления вершины трещины (уступ в изломе), шириной зоны статического проскальзывания и шириной зоны контактного взаимодействия берегов трещины. С этой точки зрения процессы повреждения материала в момент двух- и одноосной перегрузок и последующий процесс распространения усталостной трещины подобны. Нет никаких дополнительных признаков именно двухосной перегрузки, которые принципиально отличались бы от ситуации одноосной перегрузки. [c.426]

Макрорельеф излома имел типичные признаки роста трещины по механизмам вязкого внутри-зеренного и хрупкого межсубзеренного разрушения материала с формированием в изломе соответственно бороздчатого и фасеточного рельефов. При этом отличительной особенностью развития трещины являлось взаимное перемещение ее берегов, в результате чего в изломе были сформированы продукты контактного взаимодействия в виде сферических частиц. Они декорировали рельеф излома с усталостными бороздками и фасеточный рельеф и располагались на большей части излома [c.499]

При пластической деформации выступов фактическая площадь контакта почти не зависит от микрогеометрии поверхности, определяется пластическими свойствами материала и нагрузкой. Упрочнение материала влияет на формирование фактической площади контакта, которая при этом зависит от нагрузки в степени. В случае упругой деформации шероховатостей на фактическую площадь контакта существенно влияют геометрические характеристики шероховатости и упругие свойства материала. Площадь в этом случае пропорциональна нагрузке в степени 0,7-0,9. В узлах трения механизмов и машин, приборов, оборудования часто встречающимися видами износа являются адгезионный, абразивный, коррозионно-механический, усталостный. При воздействии потока жидкости, газа возникает эрозионное изнашивание. Наиболее интенсивно изнашивание протекает в процессе заедания. Поверхности трения при малых колебательных пере-меще1шях подвержены фреттинг-коррозии. В условиях кавитационных явлений возникает кавитационное изнашивание. Механизм физико-химических связей при адгезионном взаимодействии и интенсивность поверхностного разрушения непосредственно зависят от величины площади фактического контакта [4, 8—12]. Значительный рост интенсивности изнашивания наблюдается при достижении контактными нормальными напряжениями величины предела текучести материала. Энергия адгезии увеличивается при физически чистом контакте материалов и совпадающих по структуре материалов. Гладкость поверхностей способствует увеличению адге- [c.158]

Необходимо теоретическое описание поведения ансамблей дефектов различного рода при действии полей напряжений, температур, при изменении градиентов химического потенциала с учетом механизмов накопления повреждаемости, зарождения и распространения очагов разрушения в приповерхностных и поверхностных слоях материалов при трении. В связи с этим должны быть усовершенствованы методологические принципы исследований, основанные на комплексном анализе физических, химических и механических процессов контактного взаимодействия. На базе комплексного исследования, моделирования процессов и свойств поверхности должны быть получены критериальные связи, позволяющие конструкторам, технологам и эксплуатационщикам иметь характеристики обобщенных оценок качества поверхности в целях применения их при выборе пар трения. [c.196]

Контактное взаимодействие обрабатываемого металла с инструментом при обработке резанием возникает сразу после разрушения металла у вершины режущего лезвия в процессе обтекания металлом передней и задней поверхностей режущего клина. В процессе обтекания формируются контактные области и Су (см. рис. 31.1, а). В контактной области происходит вторичное деформирование металла путем смятия режущей кромкой интенсивное трение в условиях высокого давления (до 2000 МПа) локальный нагрев до 1000 °С, обусловленный выделением теплоты при трении. В контакт с инструментом вступают только что образо-вавишеся в результате разрушения поверхности обрабатываемого металла. [c.568]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...