НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРИ КОНТАКТНОМ ВЗАИМОДЕЙСТВИИ УПРУГО-ВЯЗКОПЛАСТИЧНЫХ ТЕЛ В УСЛОВИЯХ СИЛОВЫХ МАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.02.04, кандидат наук Абрамов Игорь Львович

• Абрамов Игорь Львович
• кандидат наук
• 2016

Оглавление диссертации кандидат наук Абрамов Игорь Львович

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

1. Обзор литературных данных по анализу напряженно- 8 деформированного состояния при контактном взаимодействии тел с различными реологическими свойствами

1.1. Системный анализ контактного взаимодействия тел с различными 8 реологическими свойствами

1.2. Вязкопластичное тело в условиях плоской деформации

1.3. Вязкопластичное тело в условиях объемной деформации

2. Напряженно-деформированное состояние вязкопластичного 22 тела, находящегося в условиях силового магнитного поля

2.1. Напряженно-деформированное состояние вязкопластичных тел с 22 малым уровнем вязкости

2.2. Напряженно-деформированное состояние вязкопластичных тел с 27 высоким уровнем вязкости

2.3. Магнитная составляющая внешнего силового воздействия на 35 вязкопластичное тело в условиях контакта

2.4. Математическая модель вязкопластичного тела при анализе 36 напряженно-деформированного состояния в условиях силового магнитного воздействия

3. Численный анализ напряженно-деформированного состояния 41 упруговязкого тела при контакте с вязкопластичным в режиме пластического течения

3.1. Напряженно-деформированное состояние упруговязкого

изотропного тела в условиях постоянного силового магнитного воздействия

3.1.1. Напряженно-деформированное состояние упруговязкого тела в 42 условиях постоянного силового магнитного воздействия при отсутствии касательных напряжений на плоской контактной поверхности

3.1.2. Напряженно-деформированное состояние упруговязкого тела в

условиях постоянного силового магнитного воздействия при наличии касательных напряжений на плоской контактной поверхности

3.2. Напряженно-деформированное состояние упруговязкого тела в 56 условиях переменного силового магнитного воздействия

3.2.1. Напряженно-деформированное состояние упруговязкого тела в 56 условиях переменного силового магнитного воздействия при отсутствии касательных напряжений на плоской контактной поверхности

3.2.2. Напряженно-деформированное состояние упруговязкого тела в 60 условиях переменного силового магнитного воздействия при наличии касательных напряжений на плоской контактной поверхности

3.3. Упруговязкое тело в условиях постоянного силового магнитного 64 воздействия при наличии пространственного контакта по поверхности «цилиндр-плоскость»

3.3.1. Упруговязкое тело в условиях постоянного силового магнитного 65 воздействия при пространственном контакте «цилиндр-плоскость»

и отсутствии касательных напряжений на контактной поверхности

3.3.2. Упруговязкое тело в условиях постоянного силового магнитного 69 воздействия при пространственном контакте «цилиндр-плоскость»

и наличии касательных напряжений по контактной поверхности

3.4. Упруговязкое тело в условиях переменного силового магнитного 73 воздействия при пространственном контакте «цилиндр-плоскость»

3.4.1. Упруговязкое тело в условиях переменного силового магнитного 74 воздействия при пространственном контакте «цилиндр-плоскость»

и отсутствии касательных напряжений по контактной поверхности

3.4.2. Упруговязкое тело в условиях переменного силового магнитного 77 воздействия при пространственном контакте «цилиндр-плоскость»

и наличии касательных напряжений по контактной поверхности

4. Экспериментальное исследование надежности сложной

системы в условиях пространственного контакта аморфизированных поверхностей деформируемых тел при постоянном силовом магнитном взаимодействии

4.1. Обоснование выбора способа получения аморфных поверхностей

4.1.1 Теоретические основы получения материалов с высоким 83 комплексом механических характеристик

4.1.2. Выбор технологического способа получения аморфного 84 покрытия

4.2. Способ получения аморфизированного покрытия на рабочих 86 поверхностях элемента узла контакта

4.3. Физико-механические свойства аморфных магнитных материалов

4.4. Механические основы получения аморфных материалов с высокой 97 магнитной проницаемостью

Основные выводы

Приложение

Список литературы

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРИ КОНТАКТНОМ ВЗАИМОДЕЙСТВИИ УПРУГО-ВЯЗКОПЛАСТИЧНЫХ ТЕЛ В УСЛОВИЯХ СИЛОВЫХ МАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ»

Введение

Активное развитие техники, связанное с повышением скоростей и нагрузок, в последние годы как у нас в стране, так и за рубежом, вновь выдвинуло на первый план проблему совершенствования практически приемлемых расчетных методов, что обусловлено применением материалов, приобретающих новые свойства в специфических условиях эксплуатации. Одним из важных путей решения этой проблемы является использование нетрадиционных упруго-вязкопластичных материалов в качестве средства для повышения надежности деталей в узлах контакта, а также, например, деформирующего инструмента, обеспечивающего формообразование деталей при пластической обработке металлов давлением.

В указанных условиях следует отметить, что до настоящего времени исследователями в области механики сплошной среды недостаточное внимание уделялось действию сил электромагнитного характера, ввиду их, как казалось ранее, незначительной величины. В то же время известно, например, что при создании физических расчетных моделей в исследованиях, связанных с движением ионизированных сред (плазмы), указанные силы являются определяющим фактором для технического решения проблем управления движением тел в указанных условиях. То есть магнитные силы при определенных условиях достигают весьма значительных величин и их неучет не будет способствовать развитию практики применения расчетных методов.

Поэтому в последнее время приобретают все большее значение разделы механики, посвященные изучению комплексных механических и иных свойств материалов, а также учету таких эффектов в твердых и квазитвердых телах, как теплопередача, магнетизм и электромагнетизм. Указанные явления суть производные от воздействия полей различной природы и различной интенсивности, а потому в настоящее время в механике сплошной среды применение законов термо-, электро- и гидродинамики играет весьма важное значение, хотя отдельные допущения об аддитивности

внутренней энергии и энтропии по массам частиц конечного объема тела накладывают серьезные ограничения на универсальность предлагаемых моделей. Поэтому, в частности, учет магнитной составляющей общего силового поля является актуальной научно-технической задачей.

Анализ различных расчетных моделей, применяемых в механике твердого деформируемого тела показывает, что в настоящее время имеет место недостаток теоретических и экспериментальных исследований, учитывающих в фундаментальных уравнениях механики твердого деформируемого тела такую важную составляющую, как силовое воздействие магнитного поля. Отметим, что в то же время при анализе основных уравнений движения, например, магнитной жидкости, такие факторы учитывают.

В связи с изложенным, целью работы является:

разработка математических и расчетных моделей, учитывающих при анализе напряженно-деформированного состояния упруго-вязкопластичных тел, находящихся в контактном силовом взаимодействии, эффект влияния силового магнитного поля, а также практическая апробация полученных результатов в практике проектирования.

Для выполнения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

установить качественное и количественное влияние различных факторов (вязкость, пластичность, несжимаемость, магнитная проницаемость и т.д.) при создании математических и расчетных моделей для анализа напряженно-деформированного состояния различных структурированных материалов;

оценить влияние различных факторов, включая магнитную проницаемость на физико-механические характеристики материалов тел, находящихся в контактном взаимодействии;

выполнить анализ напряженно-деформированного состояния упругих и упруго-вязкопластичных тел, находящихся в состоянии контакта под воздействием силового магнитного поля; разработать способ модификации поверхностей контактирующих тел, позволяющий повысить эффект воздействия стационарного силового магнитного поля;

оценить интегральное влияние состояния поверхности на несущую способность вязкопластичных материалов в условиях трехосного неравномерного сжатия;

выработать практические рекомендации по применению разработанных моделей при проектировании и эксплуатации контактирующих тел, обладающих различными упругими и вязкопластичными свойствами.

Таким образом, разработка математических моделей, анализ механики деформируемой среды упругих и упруго-вязкопластичных тел с учетом их контактного взаимодействия в условиях силовых магнитных полей, а также установление практических рекомендаций по применению полученных результатов и составляет основное содержание настоящей работы.

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРНЫХ ДАННЫХ ПО АНАЛИЗУ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ ПРИ КОНТАКТНОМ ВЗАИМОДЕЙСТВИИ ТЕЛ С РАЗЛИЧНЫМИ РЕОЛОГИЧЕСКИМИ СВОЙСТВАМИ

До настоящего времени одними из главных проблем современного машиностроения остаются проблемы повышения надежности и долговечности машин и механизмов. Решение этих проблем лежит в плоскости разработки конструкторских методов, обеспечивающих высокоточные прочностные расчеты на стадии проектирования машин. Причем следует отметить, что так как любая машина или механизм представляет собой систему взаимодействующих деталей, то главной задачей является обеспечение необходимых прочности и жесткости стыков. Иначе говоря, контактные задачи по расчету напряженно-деформированного состояния материала деталей, находящихся во взаимодействии попрежнему являются определяющими, так как именно силовые факторы, возникающие при указанном виде нагружения, определяют надежность проектируемой системы в целом.

Помимо сказанного, равнозначным фактором влияния следует считать механические, упругие и пластические свойства материалов контактирующих деталей, поскольку условия прочности содержат экспериментальные значения этих характеристик, принимаемых за предельные.

То есть анализ литературных данных должен отражать обе стороны условия прочности: теоретическую (полученную, исходя из принятой расчетной математической модели) и экспериментальную (отражающую количественные значения предельных величин напряжений или деформаций).

1.1 Системный анализ контактного взаимодействия тел с различными

реологическими свойствами

Если рассмотреть какую-либо действующую машину или механизм как систему, то любой контактный узел можно считать подсистемой, а контактирующие детали - элементами этой системы. Только в этом случае можно установить, во-первых, условия, при которых система будет надежно работать, во-вторых, качественные критерии и показатели которым должна удовлетворять система и, наконец, в-третьих, количественные значения параметров и критериев, гарантирующие стабильную и долговечную работу системы.

В случае контактного взаимодействия система условно состоит из трех элементов:

упругое тело из материала, обладающего высокими механическими характеристиками прочности и упругости;

вязкопластичное промежуточное тело (покрытие, смазочная среда и прочее) из материала, обладающего свойствами переносить большие пластические деформации без нарушения структурного состояния сплошности (смазочный элемент, твердое смазочное покрытие и т.п.); упруговязкое тело из материала, обладающего свойствами переносить большие пластические деформации на уровне предела текучести, сохраняя остаточные напряжения разных знаков.

В качестве таких элементов можно считать:

- для систем зубчатых зацеплений - «шестерня - вязкопластичный элемент - колесо»;

- для систем обработки металлов давлением - «инструмент -вязкопластичный слой - заготовка»;

для систем специального назначения - «труба - вязкопластичный слой - игла».

Механические модели состояния указанных сред согласно Г. Генки и Л. Прандтлю [1-2] выглядят следующим образом (рис. 1).

а — Е —

дх '

Рис. 1. Механические модели упругого (а), вязкопластичного (б) и

упруговязкого (в) тел

Упругое тело подчиняется закону Гука [3], потому для него зависимость между напряжениями и деформациями принимают в виде

(1)

Для вязкопластичного тела аналогичная зависимость может быть записана как

Наконец, для упруговязкого тела закон связи между напряжениями и деформациями имеет вид

„ди де

с = Е — + и— (3)

дх ^ дг 47

где ц - коэффициент пластической вязкости.

В рассматриваемом случае наибольший интерес представляет анализ напряженно-деформированного состояния вязкопластичной среды, в основном и определяющей граничные условия, которые могут быть записаны как в напряжениях, так и в перемещениях. При этом принято считать [4-7], что компоненты общего тензора напряжений при простом нагружении могут быть определены как алгебраическая сумма составляющих тензоров напряжений, возникающих при различных видах нагружения.

Ввиду значительных трудностей решения контактных задач как в теории упругости, так и в теории пластичности чаще всего исследователи рассматривали решения при отсутствии так называемого вязкопластичного

элемента, так как фактически принимали предположение, что в области контакта тел трение отсутствует.

В работах [5,7,12-14] показано, что на основании общей теории пластического течения полные деформации можно определять как сумму упругой и пластической составляющих, а следовательно, существуют предельные поверхности деформаций и напряжений, которые соответствуют активному и пассивному (линейной упругой разгрузке) нагружению.

1.2 Вязкопластичное тело в условиях плоской деформации

Предложенный для решения случай усложнен тем, что фактически имеет место нагружение трех сред с различными реологическими свойствами, что ранее исследователи не рассматривали как единую сложную систему.

Однако следует отметить, что в работах [8-11,15-16] рассмотрены частные решения для области контакта тел, в том числе с тонкими прослойками и покрытиями, а также при учете шероховатости опорных поверхностей.

В частности, в работах И. Я Штаермана [8,16] решена контактная задача взаимодействия вдавливаемого штампа при наличии трения сцепления с деформируемой полосой. При анализе напряженно-деформированного состояния принимали различные условия контакта (величины касательных напряжений считали постоянными, либо изменяющимися по линейному закону), что не давало возможности записать граничные условия с достаточной степенью достоверности.

Решение осесимметричной задачи теории пластичности, как указал А.Ю. Ишлинский, имеет значительно большее практическое значение в двух случаях [4,21]:

- при построении теории испытаний материалов на твердость;

- при выполнении операции осадки и калибровки, как основных отделочных операций обработки металлов давлением.

Расчетная схема для первого случая приведена на рис. 2.

Рис. 2. Расчетная схема анализа напряженного состояния идеальной вязкопластичной среды при вдавливании шара

Компоненты тензора напряжения принимались равными [4]:

аг = а0+ КБЫЮ; а2 = а0 — оГ2 = —КсобЮ, (4)

где ао - гидростатическое давление в произвольной точке пластически деформируемой зоны;

К - пластическая постоянная среды.

Решение было выполнено с помощью линий скольжения, по которым величина максимального касательного напряжения постоянна. Используя уравнение равновесия, вычисляли другие компоненты (ог и аг) напряженного состояния.

Цифровые расчеты показали, что в случае плоского штампа величина аТ=0,352 НЬ, а для сферического штампа аТ=0,383 НЬ. Указанные величины находятся в соответствии с экспериментальными данными, согласно которым аТ=(0,34-0.36) НВ. Это говорит о том, что принятые допущения при определенных граничных условиях отражают реальную картину достаточно точно. Кроме сказанного, А.Ю. Ишлинский дал решение задачи об устойчивости (фактически неразрывности, согласно А.А. Ильюшину) вязкопластического течения полосы в условиях плоского напряженного состояния, пользуясь эйлеровым способом описания движения сплошной среды. В качестве расчетной модели свойств материала им было принято

реологическое уравнение для вязкопластичного сжимаемого тела в виде зависимости, предложенной Ю.К. Бингамом:

т = т0 + /J.V (5)

где т0 - предельное напряжение сдвига; ц - пластическая вязкость материала; v - скорость сближения сжимаемых тел.

Следует отметить, что предельное напряжение сдвига характеризует такое напряженное состояние материала, при достижении которого вязкопластичная среда переходит в состояние течения.

Необходимо иметь ввиду, что величина пластической вязкости существенно изменяется при изменении скорости сдвига, причем это изменение является весьма существенным. В существующих решениях об изучении устойчивости вязкопластического течения особое внимание уделено температурной составляющей деформации и тепловой составляющей энергии. В частности, в теории вязкопластических течений, разработанной А.А. Ильюшиным, рассмотрены вязкопластичные тела, для которых внутренняя энергия является функцией температуры и объемной деформации материала, а работа сдвигового внутреннего сопротивления полагается в основном равномерно распределенной по деформируемому объекту. При этом компоненты тензора деформации считали существенно большими, чем таковые, определенные на уровне предела упругости. Сдвиговое напряжение считали зависящим от температуры, скорости течения и гидростатического давления. При указанных условиях, как было показано, при вязкопластическом течении возможна неустойчивость процесса, то есть фактически образование разрывов в первоначально сплошном теле.

А.Ю. Ишлинский дал другой вариант решения задачи о вязкопластическом течении полосы. Исследуя, как было указано, эйлеровый способ описания движения сплошной среды и полагая, что течение среды происходит по Ю.К. Бингаму, доказано, что компоненты тензора напряжений в прямоугольной системе координат целесообразно представить в виде:

ах = + Kcos26 + <т0;

dv

(Ту = 2ц— - Kcos2Q + Oq; (6)

dy

*xv = Д ~ 4- ~ — Ksin26

xy ^ dx dy

где a0 - среднее арифметическое нормальных напряжений (гидростатическое давление в произвольной точке тела);

в - угол между направлением, соответствующим наибольшему главному напряжению и осью «х», причем

(7)

Дополнительно было введено предположение, что упругие деформации незначительны и условие несжимаемости в этом случае принимает вид:

£ + £ = (8)

Принимая во внимание уравнение движения сплошной (без разрывов) среды в виде:

Т 7 (9)

дТуХ , day . т. v '

lt + 77 + PY = Pwy

а также граничные условия, записываемые в напряжениях

ах ■ cos х,п + тху ■ cos у,п = Xn(s);

ТуХ ■ COS Х,п + (Ту ■ cos у,п =YnS,

система уравнений (9) в перемещениях (при условиях малых изменений плотности и отсутствия ускорений) принимает вид:

1 - 2v Аи + Ц- = 0;

дх

1-2vAV + |£ = 0; (11)

ду

As = 0, г е Д= —+ —

дх2 ду2

Таким образом, получена замкнутая система уравнений (8-10), а также система (11), которая позволяет найти функции перемещения и и v, а по ним деформации и напряжения. Следует отметить, что в практических расчетных

случаях часто принимают p=const, а величины, определяющие деформационность системы, достаточно малыми, так что уравнения системы (9), существенно упрощаются.

1.3 Вязкопластичное тело в условиях объемной деформации

В случае рассмотрения пространственной задачи соотношение (5) принимают в общем виде:

Si = ат ■ sign Si +/¿Si (12)

где Si - компоненты девиатора напряжений;

Si - компоненты девиатора деформаций;

(Гт - предел текучести (в первом приближении может быть определен при простейшем виде нагружения).

Остальные функциональные уравнения записывают как для объемного (в общем случае), либо как для осесимметричного тела, получая (при записи соответствующих граничных условий) замкнутую систему уравнений, при заданных граничных условиях в напряжениях или перемещениях, имеющую единственное решение.

Представляет также значительный интерес решение, предлагаемое А. Надаи [3] по анализу напряженно-деформированного состояния прослойки из вязкопластичной среды, сжимаемой между двумя длинными прямоугольными жесткими плитами (рис. 3).

У

<=! V -n

)

J9 ///7VJ//У//SSSS/ 1//////////// а

Рис. 3. Схема сжатия прослойки вязкопластичной среды Если принять допущение, что слой вязкопластичного материала деформируется без проскальзывания (функция касательных напряжений не

имеет разрывов первого или второго рода) на контактных поверхностях, то функция линий тока, согласно А. Надаи, может быть описана уравнением:

4 = ^М2У-У3> (13)

где 1?0 - скорость сближения плит, 2И - высота сжимаемого слоя.

Тогда компоненты напряжений принимают значения:

х2- 3у2 - а2 + 2К2 ; оу=\| х2+у2-а2- 2К2 ; (14)

_ 2р0ху Тху - а2 '

где

_ Зцу0а2

Ро-^ЦГ- . (15)

При конкретных конечных значениях размеров и скорости перемещения плит эпюры напряжений и перемещений имеют вид изображенный на рис. 4.

Рис. 4. Эпюры скоростей и напряжений слоя сжатого вязкопластичного

материала

В общем случае пространственной задачи сжатия слоя вязкопластичного материала, находящегося в равновесном состоянии, уравнения состояния, согласно А.Надаи, принимают вид:

Д<70 = 0,

где и, г, IV - компоненты скоростей частиц вязкого тела;

ст0 - среднее напряжение, определяемое по формуле

= —^— ; (17)

ц - коэффициент пластической вязкости.

Таким образом, при имеющейся возможности задания граничных условий в напряжениях, задача анализа напряженно-деформированного состояния вязкопластичного материала тоже может быть решена (при условии устойчивого процесса течения). Функции перемещений, скоростей перемещений и напряжений не должны иметь разрывов первого и второго рода, причем вторая производная от перемещений также не должна иметь разрывов.

В работах [10-11] даны решения по анализу напряженно-деформированного состояния тел, материал которых работает на уровне упругопластических деформаций. В этих случаях полагается, что изменение формы контактирующих поверхностей не является существенным фактором, влияющим на формулы, описывающую начальное состояние тела, а также, что так называемая контактная жесткость, зависит в основном от величины упругих постоянных Ламэ. Тогда уравнение для определения контактного давления принимает вид [10]:

1 „ 1 а /' С а2-х2 , /1 оч

рх =—=== Р— --at -а<х<а, (18)

г ж а2-х2 ж -а г-х х '

где Р - сжимающая сила, отнесенная к длине цилиндров:

а

Р = р х йх.

-а

Тогда из уравнения (18) с учетом интегрального условия равновесия для штампа - индентора можно получить:

Откуда, используя распределения давления, предложенное И.Я.

Штаерманом, получим:

а f'tdt

Р* =__ а2_*2 _а___ . (20)

Отсюда следует, что получив экспериментальным путем интегральную зависимость Р=Р(а) из формулы (20) можно получить контактную жесткость. Принимая аналитический вид функции зависимости сдвиговых деформаций от касательных напряжений в зоне контакта, можно по величине контактной жесткости определить величину пластических деформаций. Таким образом, можно с большой долей вероятности прогнозировать и ресурс работы пластически деформируемого элемента.

Однако решения, приведенные выше, дают общую величину так называемой контактной жесткости, поэтому, как показывают эксперименты, разница в величинах деформации, полученных расчетом и полученных из эксперимента, чаще всего показывает значительное различие. Следовательно, необходимо уточнить реологические характеристики промежуточных, так называемых прослоек, чтобы более точно выполнить общий анализ напряженно-деформированного состояния материала детали, обладающей упруго-пластическими свойствами.

Наиболее полный анализ напряженно-деформированного состояния контактируемых деталей с учетом вязкопластичной прослойки выполнен в работах исследователей, которые изучали значительные (более 2%) пластические деформации. Сюда следует отнести работы Б.И. Береснева. В.Л. Колмогорова, А.А. Поздеева, В.И. Уральского, В.И. Казаченка, Е. И. Исаченкова [22-40] и других иследователей. Поскольку эта задача была и остается до настоящего времени весьма актуальной при пластическом формоизменении металлов и сплавов, то известные решения были получены при различных условиях для конкретных материалов, что несколько затрудняет применение полученных результатов в расчетной практике.

Однако основополагающие положения можно сформулировать и для решения общих проблемных задач в виде:

при значительных пластических деформациях обобщенная кривая напряжение-деформация не является единообразной, причем отклонения и по деформациям, и по напряжениям от функции, полученной в условиях одноосного растяжения весьма значительны и достигают сотен процентов;

шаровой тензор напряжений оказывает существенное влияние на вид кривой деформирования;

касательные напряжения на контактных поверхностях деформируемых тел влияют на устойчивость процесса деформирования как при нагружении, так и при разгрузке;

касательные напряжения на контактных поверхностях могут быть как активными, так и пассивными, то есть играть и положительную роль в процессе деформации, стабилизируя его, так и отрицательную роль, вызывая процессы неустойчивого пластического деформирования; вязкопластические среды, находящиеся на поверхностях контакта деформируемых тел, до определенного уровня контактных давлений способствуют устойчивому протеканию процесса пластического деформирования.

Таким образом, частные задачи, подлежащие рассмотрению, следует решать комплексно, в рамках контактных систем «упругое тело -вязкопластичная прослойка- упруговязкое тело», чтобы установить устойчивость процессов деформирования каждого из составляющих элементов.

Следовательно, основная проблема заключается в обеспечении устойчивости процесса пластической деформации вязкопластичной прослойки, которая может при определенных внешних факторах, находясь в условиях неравномерного трехосного сжатия, способствовать также

устойчивому пластическому деформированию упруговязкого элемента контактного узла. При этом вязкопластичный слой, находясь в указанном состоянии вызывает так называемый гидродинамический эффект, при котором существенно возрастает величина касательных напряжений, а следовательно, и контактных давлений, которые может выдержать вязкопластичный слой. В некоторых практических случаях (контакты в зубчатых зацеплениях, контакты при калибровке методами холодной пластической обработки и др.) указанное свойство гидродинамического эффекта играет значительную положительную роль.

Это заключается не только в повышении возможного контактного давления, но в основном в повышении пластических устойчивых деформаций упруговязкого материала, находящегося в условиях трехосного неравномерного сжатия, что было доказано в работах В.И. Казаченка, Е.И. Исаченкова, П.В. Бриджмена и др. исследователей.

Принимая во внимание что в настоящее время существенно возрос интерес к технологиям получения деталей из малопластичных в обычном состоянии материалов (сплавы вольфрама, молибдена и так далее) методом холодной пластической обработки, актуальной стала проблема дальнейшего повышения несущей способности вязкопластичного промежуточного слоя, обеспечивающего устойчивость процесса деформирования.

Для обеспечения устойчивости процесса деформирования, как было установлено в работах [42-50], необходимо чтобы фактические касательные напряжения на контактной поверхности не превышали предельных значений для используемого материала.

Следует отметить, что резюмируя всё изложенное, основные резервы устойчивости процесса деформирования заключены в решении двух проблем:

повышение несущей способности вязкопластичного слоя; повышение несущей способности наиболее нагруженной из контактирующих деталей, обладающей меньшим пределом текучести.

Первая из указанных проблем в основном зависит от вязкости промежуточного слоя, схемы напряженно-деформированного состояния материала, а также от промежуточных параметров (температура, давление), имеющих место в процессе деформирования.

Вторая из указанных проблем связана с физико-механическими свойствами упруговязкого материала, состоянием поверхности контактирующих деталей, формы поверхности, режима нагружения.

Поскольку в начале нагружения вязкопластичный материал «течет» и получает пластические деформации, величина которых зависит от коэффициента пластической вязкости, то важно создать такую схему напряженного состояния, чтобы проявление эффекта гидродинамического процесса было максимальным, а также отметить основные схемы нагружения, когда именно этот вариант имеет место.

Итак, рассмотрение имеющихся решений показало, что для устойчивого протекания процесса совместного пластического деформирования следует иметь дополнительные факторы, которые бы обеспечивали указанный режим процесса.

Такими факторами, которые ранее не рассматривали подробно, могут являться фактор воздействия силового магнитного поля и фактор получения поверхностных особых свойств.

ГЛАВА 2. НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОЕ СОСТОЯНИЕ ВЯЗКОПЛАСТИЧНОГО ТЕЛА, НАХОДЯЩЕГОСЯ В УСЛОВИЯХ

СИЛОВОГО МАГНИТНОГО ПОЛЯ 2.1 Напряженно-деформированное состояние вязкопластичных тел с

малым уровнем вязкости

Как было показано, условия протекания процесса деформирования и основные его параметры во многом обусловлены видом напряженного состояния, который в свою очередь, зависит от схемы приложения действующих внешних сил или перемещений. В практике эксплуатации машин и механизмов наибольшие потери мощности имеют место в узлах сопряжений и контактов деталей, которые преимущественно обладают различными реологическими свойствами. В этом случае наибольший эффект при эксплуатации может быть достигнут за счет вязкопластической прослойки, устойчивость процесса деформирования которой обеспечивает режим гидродинамического эффекта при контакте различных элементов.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Абрамов Игорь Львович, 2016 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Генки Г. О некоторых статически определимых случаях равновесия в пластических телах./Г. Генки//Сб. «Теория пластичности» под ред. Ю.Н. Работнова. - М.:Изд-во ИЛ, 1948. - с.80-101.

2. Прандтль Л. Примеры применения теоремы Генки к равновесию пластических тел/Л. Прандтль//Сб. «Теория пластичности» под ред. Ю.Н. Работнова.- М.:Изд-во ИЛ, 1948. - с. 102-113.

3. Надаи А. Пластичность и разрушение твердых тел/А. Надаи//М.:Мир, 1969. - 864с.

4. Ишлинский А.Ю. Осесимметричная задача пластичности и проба Бринелля/А.Ю. Ишлинский//Сб. «Прикладные задачи механики» под ред. С.А. Христиановича. - М.:Наука, 1986. - с.17-42.

5. Ильюшин А.А. Механика сплошных сред/А.А. Ильюшин. - М.:МГУ, 1990. - 310с.

6. Соколовский В.В. Теория пластичности/В.В. Соколовский. - М.-Л.:ГИТТЛ, 1950. - 396с.

7. Зубчанинов В.Г. Механика процессов пластических сред/В.Г. Зубчанинов. - М.:Физматлит,2010. - 352с.

8. Штаерман И.Я. Контактная задача теории упругости/И.Я. Штаерман. -М.:ГТИ,1949. - 272с.

9. Галин Л.А. Контактные задачи теории упругости/Л.А. Галин. -М.:ГТИ, 1953. - 348с.

Ю.Александров В.М. Контактные задачи в машиностроении/В.М. Александров, Б.Л. Ромалис//М.:Машиностроение,1986. - 174с.

11. Александров В.М. Контактные задачи для тел с тонкими покрытиями и прослойками/В.М. Александров, С.М. Мхитарян//М.:Наука,1983. -488с.

12.Ильюшин А.А. Пластичность/А.А. Ильюшин//М.:Изд. АН СССР, 1963. - 272с.

13.Прагер В. Теория идеально пластических тел/В. Прагер, Ф. Ходж//М.:Изд-воИностр. лит., 1956. - 398с.

14.Шилд Р.Т. О пластическом течении металлов в условиях осевой симметрии/Р.Т. Шилд - М.:Сб. «Механика»//Изд-во иностр. лит., 1957, №1. - с.102-122.

15. Галин Л.А. Контактные задачи теории упругости и вязкоупругости/Л.А. Галин. - М.:Наука, 1980. - 304с.

16.Штаерман И.Я. Некоторые особые случаи контактной задачи/И.Я. Штаерман//М.:ДАН СССР, т. XXXVIII, №7, 1943. - с.220-224.

17. Александров В.М. Введение в механику контактных взаимодействий/В.М. Александров, М.И. Чебанов//М.:Наука, 2007. -114с.

18.Айзикович С.М. Контактные задачи теории упругости для неоднородных сред/С.М. Айзикович [и др.]//М.:Физматгиз, 2006. -114с.

19.Дроздов Ю.Н. Трение и износ в экстремальных условиях/Ю.Н. Дроздов, В.Г. Павлов, В.Н. Пучков//М.:Машиностроение, 1986. - 224с.

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

21. Ишлинский А.Ю. Пространственное деформирование не вполне упругих и вязкопластичных тел/А.Ю. Ишлинский// М. :Изд. АН СССР, ОТН, 1945. - №3 - с.250-261.

22.Береснев Б.И. Физические основы и практическое применение гидроэкструзии/Б.И. Береснев, К.И. Езерский, Е.В. Трушин//М.:Наука, 1981. - 240с.

23.Береснев Б.И. Некоторые вопросы больших пластических деформаций металлов при высоких давлениях/Б.И. Береснев [и др.]//М.: Изд-во АН СССР. 1960. - 158с.

24.Береснев Б.И, Трушин Е.В. Процесс гидроэкструзии/Б.И. Береснев, Е.В. Трушин//М.: Наука, 1976. - 200с.

25.Береснев Б.И. Пластичность и прочность твердых тел при высоких давлениях/Б.И. Береснев, Е.Д. Мартынов, К.П. Родионов [и др.]//М.:Наука, 1970. - 160с.

26.Колмогоров В.Л. Волочение в режиме жидкостного трения/В.Л. Колмогоров, С.И. Орлов, К.П. Селищев//М.:Металлургия, 1967. - 166с.

27.Колмогоров В.Л. Напряжения, деформации, разрушение/В.Л. Колмогоров. - М.:Металлургия, 1970. - 230с.

28.Колмогоров В.Л. Гидродинамическая подача смазки/В.Л. Колмогоров, С.И. Орлов, Г.Л. Колмогоров//М.:Металлургия, 1975. - 256с.

29.Поздеев А.А. Большие упругопластические деформации/А.А. Поздеев, П.В. Трусов, Ю.И. Няшин//М.:Наука, 1986. - 232с.

30.Уральский В.И. Деформация металлов жидкостью высокого давления/В.И. Уральский [и др.]//М.:Металлургия, 1976. - 424с.

31.Казаченок В.И. Штамповка с жидкостным трением/В.И. Казаченок//М.:Машиностроение, 1978. - 78с.

32.Исаченков Е.И. Контактное трение и смазки при обработке металлов давлением/Е.И. Исаченков//М.: Машиностроение, 1978. - 208с.

33. Смирнов-Аляев Г.А. Сопротивление материалов пластическому деформированию/Г.А. Смирнов-Аляев//М.: Машиностроение, 1978 .- 368с.

34.Ивлев Д.Д. Теория идеальной пластичности/Д.Д. Ивлев//М.: Наука, 1966. - 232с.

35.Качанов Л.М. Основы теории пластичности/Л.М. Качанов//М.: Наука, 1969. - 420с.

36.3айков М.А. Влияние схемы напряженного состояния на сопротивление металла пластической деформации/М.А. Зайков//Свердловск, Металлургиздат, 1954. - 186с.

37.Унксов Е.П. Инженерная теория пластичности/Е.П. Унксов//М.: Машгиз, 1959. - 346с.

38. Смирнов-Аляев Г.А. Теория пластических деформаций металлов/Г.А. Смирнов-Аляев, В.М. Розенберг//М.:-Л.:Машгиз, 1956. - 368с.

39.Малинин Н.Н. Прикладная теория пластичности и ползучести/Н.Н. Малинин//М.:Машиностроение, 1975. - 400с.

40. Соколовский В.В. Теория пластичности/В.В. Соколовский//М.:Высшая школа, 1969. - 608с.

41.Бриджмен П.В. Исследование больших пластических деформаций и разрыва/П.В. Бриджмен//М.:Иностр. лит-ра, 1955. - 444с.

42.Жуков А.М. К вопросу возникновения шейки в образце при растяжении/А.М. Жуков//Инж. сб. т.5,в.3, 1949. - с.34-51.

43.Haar A., Karman Th. ZurTheorie der Spannungszustande in plastischen und sandartigenMedien/A. Haar, Th Karman//Nachr. kgl. Wiss., Gottingen -Math.-phis. kl., 1909. - s.204-208.

44.Зубчанинов В.Г. Локально-простые процессы деформирования/В .Г. Зубчанинов, Д.Е. Иванов//Устойчивость в механике деформируемого твердого тела. - Калинин, КГУ, 1987. - с.6-11.

45.Зубчанинов В.Г. Математическая теория пластичности/В.Г. Зубчанинов//Тверь, ТГТУ, 2002. - 300с.

46.Жуков А.М. Некоторые особенности поведения материалов при упругопластическом деформировании/А.М. Жуков//Изв. АН СССР, ОТН, №8,1955.-с.74-81.

47.Ишлинский А.Ю. Математическая теория пластичности/А.Ю. Ишлинский, Д.Д. Ивлев//М.: Физматлит, 2001. - 702с.

48. Новожилов В.В. О формах связи между напряжениями и деформациями в первоначально изотропных средах/В.В. Новожилов//ПММ, т. 27,в. 5, 1963. - с.794-812.

49.Ильюшин А.А. О соотношениях и методах современной теории пластичности/А.А. Ильюшин, В.С. Ленский//М.: Успехи механики деформируемых сред, МГУ, в. 1, 1975. - с.240-255.

50.Ишлинский А.Ю. Об устойчивости вязкопластического течения круглой пластины/А.Ю. Ишлинский//М.: Прикладные задачи механики, Наука, 1986. - с.221-250.

51.Pavlov V.G. Calculation estimate of service life of evolvent straight tooth gear based on wear сгйегюп//Трение и износ, № 3, 2003. - с. 235-241.

52.Pavlov V.G. Experimental estimation of the wear rate of a rolling bearing greased with magnetic powder/V.G. Pavlov, A.V. Fishman//Трение и износ, № 2, 2002. - с. 164-169.

53.Pavlov V.G. Calculation of wear of a rolling bearing/V.G. Pavlov, A.V. OrloW/Трение и износ, № 4, 2001. - с.366-371.

54.Бекофен В.А. Процессы деформации/В.А. Бекофен//М. Металлургия,

1977. - 288с.

55.Дель Г.Д. Технологическая механика/Г.Д. Дель//М.: Машиностроение,

1978. - 174с.

56.Богоявленский К.Н. Гидродинамическая обработка металлов/К.Н. Богоявленский [и др.]//Л.: Машиностроение, 1988. - 256с.

57. Пью Х.Л. Механические свойства материалов под высоким давлением/Х.Л. Пью//М.: Мир, вып. 1, 1973. - 296с.

58.Пью Х.Л. Механические свойства материалов под высоким давлением/Х.Л. Пью//М.: мир, вып.2, 1974. - 374с.

59. Прозоров Л.В. Прессование металлов жидкостью высокого давления/Л.В. Прозоров, А.А. Костава, В.Д. Ревтов//М.: Машиностроение, 1972. - 152с.

60.Петров Н.П. Гидродинамическая теория смазки/Н.П. Петров//Сб. работ под ред. Л.С. Лейбензона, М.:Изд-во АН СССР, 1948. - 552с.

61. Гуткин А.М. Медленное сжатие вязкопластичной дисперсной системы/А.М. Гуткин//Коллоидный журнал, т. XXIV, в. 1, 1962. - с.8-10.

62.Дель Г.Д. Критерий деформируемости металлов при обработке давлением/Г.Д. Дель, В.А. Огородников, В.Г. Нихайчук//Известия высших учебных заведений. Машиностроение, 1975. - №4. - с. 41-45

63.Колпашников А.Н. Горячее гидропрессование металлургических материалов/А.Н. Колпашников, В.А. Вялов, А.А. Федоров и др.//М.: Машиностроение, 1977. - 272с.

64. Джонсон В. Механика процесса выдавливания металла/В. Джонсон, Х. Кудо//М.: Металлургия, 1965. - 174с.

65.Колпашников А.Н. Гидропрессование металлов/А.Н. Колпашников, В.А. Вялов//М.: Металлургия, 1973. - 296с.

66.Кравченко Н.А. Вязкое контактное трение в процессах формообразования металлов/Н.А. Кравченко, В.И. Овчинников//Кузнечно-штамповочное производство, № 10, 1974. -с.11-12.

67.Мигачев Б.А. Пластичность инструментальных сталей и сплавов/Б.А. Мигачев, А.И. Потапов//М.:Металлургия, 1980. - 89с.

68. Прозоров Л.В. Прессование стали и тугоплавких сталей/Л.В. Прозоров//М.: Машиностроение, 1969. - 146с.

69.Хаген Р.Л. Перенос импульса при турбулентном отрывном обтекании прямоугольной впадины/Р.Л. Хаген, А.М. Данак//Прикладная механика, № 3, 1966. - с.42-46.

70.Седов Л.И. Механика сплошной среды/Л.И. Седов//М.: Наука, т.1, 1970. - 492с.

71. Седов Л.И. Механика сплошной среды/Л.И. Седов//М.: Наука, т. 2, 1970. - 568с.

72.Mase G.E. Theory and Problems of continuum Mechanics/G.E. Mase//N-Y, McGraw-Hill Book Company, 1970. - 320р.

73.Лодж А. Эластичные жидкости/А. Лодж//М.:Наука, 1969. - 464с.

74.Кравченко Н.А. Вязкое контактное трение в процессах формообразования металлов/Н.А. Кравченко, В.И. Овчинников//Кузнечно-щтамповочное производство, 1974, № 10. -с.11-13.

75.Казаченок В.И. Механизм жидкостного трения при осадке/В.И. Казаченок, И.Б. Покрас//Кузнечно-штамповочное производство, № 1, 1968. - с.7-10.

76.Михин Н.М. Трение в условиях пластического контакта/Н.М. Михин//М.: Наука, 1968. -104с.

77.Павлов И.М. Физические условия пластической деформации в аспекте некоторых общих соотношений движения и трения/И.М. Павлов//М.: Изд. АН СССР, 1965. - 16с.

78.Семенов А.П. Исследование схватывания металлов при совместном пластическом деформировании/А.П. Семенов//М.: Изд. АН СССР, 1953. - 120с.

79.Storakes B. Plastic and visco-plastic instability of a thin tube under internal pressure, torsion and axial tension/B. Storakes//JJMS, 1968, Vol. 10, № 6, p.510-529.

80.Томсен Э. Механика пластических деформаций при обработке металлов/Э. Томсен, И. Янг, Ш. Кобаяши//М.: Машиностроение, 1969. - 504с.

81.Ивлев Д.Д. Приближенное решение методом малого параметра плоских упругопластических задач теории идеальной пластичности/Д.Д. Ивлев//М.: Вестник МГУ, Математика, Механика, Физика, 1957. - № 5.- с.17-26.

82.Слезкин Н.А. Динамика вязкой несжимаемой жидкости/Н.А. Слезкин//М.: ГТТИ, 1955. - 520с.

83.Павлов И.М. Физические условия пластической деформации в аспекте некоторых общих соотношений движения и трения/И.М. Павлов//М.: Изд. АН СССР, 1965. - 16с.

84.Басов К.А. ANSYS. Справочник пользователя/К.А. Басов//М.:ДМК Пресс, 2005. - 640с.

85.Басов К.А. ANSYS в примерах и задачах/К.А. Басов//М.:Компьютерпресс, 2002, - 710с.

86.Чигарев А.В. ANSYS для инженеров/А.В. Чигарев [и др.]//М.:Машиностроение-1, 2004. - 510с.

87.Любимов А.К. Применение системы ANSYS к решению задач механики сплошной среды/А.К. Любимов//Н. Новгород, Изд. МГТУ, 2006. - 228с.

88. Буль О.Б. Методы расчета магнитных систем электрических аппаратов. Программа ANSYS/О.Б. Буль//М.: Изд. Академия, 2006. - 288с.

89.Огородникова О.М. Расчет конструкций в ANSYS. Сборник учебных пособий/О.М. Огородникова//Изд. Техноцентр, 2009. - 452с.

90.Логвинович Г.В. Гидродинамика течений со свободными границами/Г.В. Логвинович//Киев, Наукова думка, 1969. - 342с.

91.Григолюк Э.И. Взаимодействие упругих конструкций с жидкостью/Э.И. Григолюк//Л.: Судостроение, 1976. - 284с.

92.Гольдфарб В.И.Спироидные редукторы трубопроводной арматуры/В.И. Гольдфарб [и др.]//М.:Вече, 2011. - 222с.

93.Гольдфарб В.И.Расчетно-экспериментальная оценка ресурса по износу спироидных передач. // Передачи и трансмиссии. 2002, №2, с. 44-54.

94. Дементьев В.Б. Управление распределением остаточных напряжений в трубных заготовках в процессах упрочнения/В.Б. Дементьев, В.А.Четкарев//Материалы III Всесоюзного симпозиума «Технологические остаточные напряжения». М.: 1988. - с.152-156.

95.Дементьев В.Б. Качество пальцев траков - основа надежности и долговечности гусеницы/В.Б. Дементьев, О.И. Шаврин и др.//Ижевск, ИПМ УрО РАН, 2009. - 178с.

96.Шаврин О.И. Качество поверхности цилиндрических изделий с термомеханическим упрочнением/О.И. Шаврин, В.Б. Дементьев и др.//Ижевск, ИПМ УрО РАН, 2006. - 178с.

97.Джонсон К.Л. Предел приспособляемости в случае контакта при качении/К.Л. Джонсон//В кн.: Механика. М.: ИЛ, 1965. - №2. - с.137-144.

98.Григорьянц А.Г. Методы поверхностной лазерной обработки/А.Г. Григорьянц, А.Н. Сафонов//М.: Высшая школа, 1987. - 346с.

99.Григорьянц А.Г. Основы лазерного термоупрочнения сплавов/А.Г. Григорьянц, А.Н. Сафонов//М.: Высшая школа, 1988. - 160с.

100. Григорьянц А.Г. Основы лазерной обработки материалов/А.Г. Григорьянц//М.: Машиностроение, 1989. - 304с.

101. Попилов Л.Я. Электрофизическая и электрохимическая обработка материалов/Л.Я. Попилов//М.: Машиностроение, 1982. -400с.

102. Суминов В.М. Обработка деталей лучом лазера/В.М. Суминов//М.: Машиностроение, 1969. - 220с.

103. Сафонов А.Н. Лазерные методы термической обработки в машиностроении/А.Н. Сафонов, А.Г. Григорьянц//М.: Машиностроение, 1986. - 48с.

104. Миркин Л.И. Физические основы обработки материалов лучами лазера/Л.И. Миркин//М.: Изд. МГУ, 1975. - 384с.

105. Рыкалин Н.Н. Лазерная обработка материалов/Н.Н. Рыкалин, А.А. Углов, А.Н. Кокора//М.: Машиностроение, 1975. - 296с.

106. Скаков Ю.А. Легирование поверхностных слоев при использовании лазерной обработки/Ю.А. Скаков, Н.В. Еднерал//М.: Изв. АН СССР, Серия физ. 1983, т. 47. - №8. - с.1697-1699.

107. Рэди Дж. Промышленные применения лазеров/Дж. Рэди//Пер. с англ. М.: Мир, 1981. - 638с.

108. Аморфные металлические сплавы/Науч. тр. МУМ СССР//М.: Металлургия, 1983. - 128с.

109. Хандрих К. Аморфные ферро- и ферримагнетики/К. Хандрих, С. Кобе//Пер. с англ. М.: Мир, 1982. - 296с.

110. Золотухин И.В. Физические свойства аморфных металлических материалов/И.В. Золотухин//М.: Металлургия, 1986. - 242с.

111. Судзуки К. Аморфные металлы/К. Судзуки, Х. Фудзимори, К. Хасимото//Пер. с яп. М.: Металлургия, 1987. - 328с.

112. Абрамов Л.М., Астахин А.С. Способ получения упрочняющего покрытия. //Патент РФ № 2113508 от 20 июня 1998 г.