Авторизация
Авторизируйтесь
X
  • Логин*
  • Пароль *
или зарегистрируйтесь
Регистрация
X
  • Логин
    (3-15 символов)*
  • Пароль
    (6-15 символов)
    *
  • Подтвердите пароль *
Сообщение администратору
X
 <<
>>

Методика решения контактных задач для тел произвольной формы с учетом шероховатости поверхности методом конечных элементов

Ольшевский Александр Алексеевич

Методика решения контактных задач для тел произвольной формы с учетом шероховатости поверхности методом конечных элементов

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. Брянск - 2003

Диссертация | 2003 | Россия | docx/pdf | 6.87 Мб

Для доступа к источнику авторизируйтесь или зарегистрируйтесь.

Внимание! Все источники запакованы в zip архивы! Для распаковки на android-устройствах Вы можете воспользоваться одним из сторонних приложений, например Total Commander



Специальность 01.02.06 - Динамика, прочность машин, приборов и аппаратуры.
Контактная задача является одной из наиболее сложных в математическом отношении задач теории упругости. Вместе с тем, именно с ней часто приходится сталкиваться при расчете самых разных объектов - зубьев зубчатых колес, катков различных геометрических форм, деталей подшипников и подпятников, опорных частей мостов, колес подвижного состава, инструмента, приспособлений и т.д. Именно поэтому решению контактных задач уже довольно длительное время уделяется пристальное внимание, как следствие, теоретическим основам решения задач этого класса посвящено много работ [1, 4, 9, 10,18,40, 41, 43, 85,102, 111 и др.].
Многие эксплуатационные свойства машин - износостойкость, контактная жесткость, усталостная прочность, коррозионная стойкость, электро- и тепло- сопротивление контактов, герметичность соединений и другие - в большой мере определяются контактным взаимодействием деталей [53]. Параметры этого процесса тесно связаны с геометрическими параметрами сопрягаемых поверхностей и физико-механическими и химическими свойствами материалов деталей.
Контактные задачи принято разделять на нормальные и касательные (тан-генциальные). «Нормальная» задача подразумевает случай нагружения тел си-лой, действующие по нормали к поверхностям, проведенной через начальную точку контакта. Если в контакте действуют не только нормальные силы, но и касательные, задача носит название тангенциальной.
Первое строгое решение нормальной контактной задачи для твердых уп-ругих сплошных тел предложил Герц [10]. При получении этого решения был принят ряд упрощений и допущений, среди которых одним из существенных является допущение о том, что поверхности контактирующих тел являются идеально гладкими. На основе решения Герца строится целое направление в технических расчетах, однако поверхности деталей машин, полученные различными способами формообразования - литьем, ковкой, штамповкой, резанием, шлифовкой и т.д. - не являются идеально гладкими, всегда имеют шероховатость (микронеровности), а иногда и волнистость и отклонения от правильной
геометрической формы. В результате этого контакт сопрягаемых поверхностей всегда носит дискретный характер, а действительная площадь контакта оказывается меньше номинальной площади, которая является основой для конструкторских расчетов. Для методов обработки, широко применяемых в машиностроении (фрезерование, точение, шлифование), фактическая площадь контакта при первичном взаимодействии деталей машин обычно не превышает 25-30% номинальной, а в некоторых случаях составляет лишь 5-10% [89]. Это приводит к высоким давлениям и большим деформациям в зонах фактического контакта, которые оказывают влияние на контактную жесткость, надежность посадок, трение, износ и др. Следовательно, при моделировании контактного взаимодействия необходимо учитывать свойства поверхностного слоя. В связи с развитием вычислительной техники за последние пятьдесят лет этой проблеме посвя-щено большое количество работ [7, 8, 49, 47, 50, 53, 58, 88, 107 и др.]. Однако в большинстве случаев при решении задачи о контакте шероховатых поверхностей микронеровности поверхностей представляются простыми геометрическими фигурами: сферами, конусами, пирамидами, наборами стержней и др., а решение для отдельной неровности базируется на теории Герца. В ряде случаев такое представление является весьма грубым приближением. Кроме того, поскольку большинство решений выполнены для довольно простых геометрических тел, в основном, для плоских стыков, они не являются универсальными и не позволяют оценить параметры контакта произвольных тел с шероховатыми поверхностями. Между тем, возможности современной вычислительной техники позволяют моделировать объекты исследования с высокой точностью и таким образом избавиться от многих допущений.
Таким образом, существует разрыв между двумя направлениями в решении контактных задач - направлением, занимающимся решением задач для мак-рообъектов без учета шероховатости поверхностей контакта и направлением, которое изучает контактное взаимодействие шероховатых тел на микроуровне, но не имеет универсального приложения к макроскопическим объектам. Вместе с тем, часто параметры контакта в одном из конструктивных узлов технического
объекта зависят от напряженно-деформированного состояния всего объекта, а поскольку деформации объекта могут быть сопоставимы с величиной шерохо-ватости поверхности, то ее учет может существенно влиять на распределение контактных давлений. Такая ситуация возникает, например, при проектирова-нии приспособлений для изготовления высокоточных деталей, уплотнений, узлов трения с большими размерами номинальных областей контакта и т.д. Поэтому в данной работе предпринята попытка разработать универсальную методику решения контактных задач для тел произвольных геометрических форм с учетом шероховатости поверхностей контакта методом конечных элементов. Параметры, характеризующие податливость шероховатого слоя, определяются при исследовании контакта малых фрагментов реальных тел с шероховатыми поверхностями - базовых моделях. Базовые модели строятся на основании данных нрофилометрии поверхностей реальных деталей, что позволяет рассматривать шероховатую поверхность, не вводя серьезных допущений. Сведения о податливости, полученные на базовых моделях, используются при решении прикладной задачи. Таким образом удается одновременно учитывать макрогеометрические особенности исследуемого объекта и его микрогеометрию в зоне контакта, объединяя в рамках разработанной методики решения принципы обоих направлений в решении контактных задач. При решении контактной задачи для базовых моделей оказалось возможным исследовать закономерности изменения пятен контакта при увеличении нагрузки, а также оценивать фактическую площадь контакта в зависимости от номинального давления на поверхности контакта. Развитию этой методики посвящено несколько работ, выполненных автором [79, 80, 81, 82]. 

Содержание

Введение 5
ГЛАВА 1. МЕТОДЫ РЕШЕНИЯ КОНТАКТНЫХ ЗАДАЧ С УЧЕТОМ ШЕРОХОВАТОСТИ ПОВЕРХНОСТЕЙ КОНТАКТА 8
1.1. Основные параметры шероховатости поверхности и способы их
определения 8
1.2. Контактные задачи и методы их решения 12
ГЛАВА 2. КОНЕЧНОЭЛЕМЕНТНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ
ШЕРОХОВАТОЙ ПОВЕРХНОСТИ 25
2.1. Построение базовых моделей 25
2.1.1. Получение информации о микрорельефе поверхностей 25
2.1.2. Формирование базовых моделей 29
2.1.3. Краевые условия 33
ГЛАВА 3. РЕШЕНИЕ НОРМАЛЬНОЙ КОНТАКТНОЙ ЗАДАЧИ С УЧЕТОМ ШЕРОХОВАТОСТИ ПОВЕРХНОСТЕЙ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ БАЗОВЫХ МОДЕЛЕЙ 37
3.1. Тестирование алгоритмов решения нормальной контактной задачи в
упругой постановке 37
3.2. Построение силовых характеристик шероховатого слоя при решении
задачи в упругой постановке 38
3.3. Методика решения упруго-пластической задачи 44
3.3.1. Способы учета пластических деформаций в задачах статики 44
3.3.2. Основные гипотезы и соотношения теории течения 46 
3.3.3. Алгоритм решения упруго-пластической задачи методом
конечных элементов 52
3.4. Тестирование алгоритмов решения задач статики в упругопластической постановке 54
3.4.1. Растяжение полосы с V-образным надрезом 54
3.4.2. Моделирование испытания на твердость по методу Бринеля 55
3.5. Построение силовых характеристик шероховатого слоя при решении
задачи в упруго-пластической постановке 58
3.6. О характере распределения пятен контакта 61
ГЛАВА 4. РЕШЕНИЕ ТАНГЕНЦИАЛЬНОЙ КОНТАКТНОЙ ЗАДАЧИ С УЧЕТОМ ШЕРОХОВАТОСТИ ПОВЕРХНОСТЕЙ КОНТАКТА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ БАЗОВЫХ МОДЕЛЕЙ 73
4.1. Краевые условия 73
4.2. Построение силовых характеристик шероховатого слоя при решении
задачи в упругой постановке 74
ГЛАВА 5. РЕШЕНИЕ КОНТАКТНОЙ ЗАДАЧИ ДЛЯ КОЛЕСА
ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОГО ВРАЩЕНИЯ С УЧЕТОМ ШЕРОХОВАТОСТИ ПОВЕРХНОСТЕЙ КОНТАКТА 80
5.1. Некоторые особенности конструкции колеса дифференциального
вращения 80
5.2. Решение нормальной контактной задачи для зоны внутреннего
контакта 83
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ 86
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 88
ПРИЛОЖЕНИЯ 97
ГН Результаты решения контактной задачи в упругой постановке с
использованием базовых моделей 98
ГІ2 Результаты решения контактной задачи в упруго-пластической
постановке с использованием базовых моделей 109

Диссертация | 2003 | Россия | docx/pdf | 6.87 Мб

Для доступа к источнику авторизируйтесь или зарегистрируйтесь.

Внимание! Все источники запакованы в zip архивы! Для распаковки на android-устройствах Вы можете воспользоваться одним из сторонних приложений, например Total Commander



Методика решения контактных задач для тел произвольной формы с учетом шероховатости поверхности методом конечных элементов

релевантные научные источники:

Другие источники по дисциплине Динамика, прочность машин, приборов и аппаратуры:

  1. Разработка метода расчета параметров геометрической стабильности корпусов антенных рефлекторов
    Данг Нгок Ань | Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. Москва - 2008 | Диссертация | 2008 | Россия | docx/pdf | 8.53 Мб
  2. Вибрационные силы, их проявление в гироскопе со смещенным центром масс при вибрации основания
    Иванова Вероника Сергеевна | Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук | Диссертация | 2003 | docx/pdf | 3.01 Мб