Лаборатория трибологии. Подробная информация

• Общая информация
• Совместные исследовательские проекты
• Образовательные курсы
• Темы исследований и основные достижения
• Наиболее значимые публикации сотрудников лаборатории
  • Книги
  • Статьи
• Экспериментальное оборудование

См. также Общие сведения о лаборатории

См. также Наши разработки: Теоретико-экспериментальное изучение трибологических характеристик углерод-углеродных композитов

Общая информация

Лаборатория трибологии была создана по инициативе академика А.Ю. Ишлинского и П.А. Ребиндера в 1972 году. На формирование направлений ее исследований оказали влияние такие крупные ученые, как лауреат Международной золотой медали по трибологии профессор И.В. Крагельский и член-корреспондент АН СССР Л.А. Галин. Первым заведующим лабораторией был д.т.н. профессор Н.М. Михин, которого в 1989 г. сменил к.т.н. М.Н. Добычин. С 1996 г. лабораторией руководит академик РАН И.Г. Горячева, начавшая работать в этой лаборатории в 1973 г. в должности младшего научного сотрудника. За время существования лаборатории ее сотрудниками проведены теоретические и экспериментальные исследования в различных областях трибологии, разработаны уникальные приборы и методики триботехнических испытаний.

• 
  Заведующая
  лабораторией
  Ирина Георгиевна
  Горячева
• 
  Коллектив
  лаборатории трибологии

Научно-исследовательская работа, проводимая в лаборатории, поддерживается грантами РФФИ и РНФ, кроме того, ведутся научные работы по договорным темам с ОАО «РЖД», ВНИИЖТ, НИКИЭТ, АК «Рубин». В рамках международных проектов лаборатория сотрудничает с учеными из Великобритании, Испании, Австрии, Тайваня, Белоруссии.

Сотрудники лаборатории являются лауреатами многих премий и наград, в том числе Международной золотой медали по трибологии (в 2009 году присуждена академику И.Г. Горячевой). Коллективом лаборатории выпущено 9 монографий, и каждый год публикуются десятки статей в реферируемых научных журналах. На базе лаборатории постоянно действует семинар по механике фрикционного взаимодействия им. И.В. Крагельского.

Совместные исследовательские проекты

Лаборатория участвует в совместных исследовательских проектах с

• институтами РАН (ИМАШ РАН, ИОФ РАН, ИМЕТ РАН, ИНЭОС РАН) и ИММС НАН Беларуси,
• университетами (МГУ, МАИ, МГТУ им. Баумана, СВФУ им. М.К. Аммосова, СколТех, НИТУ «МИСиС»),
• предприятиями (ОАО «РЖД», АК «Рубин», ЦНИИ КМ Прометей, НИКИЭТ имени Н.А. Доллежаля, АО ВНИИХТ, АО ВНИИЖТ).

Образовательные курсы

Заведующая лабораторией Горячева Ирина Георгиевна читает лекции студентам Московского физико-технического института в рамках курса «Дополнительные главы механики деформируемого твердого тела» и студентам Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова (курсы «Механика контактных взаимодействий» и «Основы трибологии»).

Темы исследований и основные достижения

Моделирование фрикционного взаимодействия высокоэластичных материалов

Разработаны модели фрикционного взаимодействия высокоэластичных материалов, основанные на учете двух основных механизмов диссипации энергии при трении: адгезионного и гистерезисного. Результаты моделирования нашли подтверждение в экспериментах на различных марках резин, используемых для производства автомобильных шин. Методика проведения таких экспериментов в широком диапазоне скоростей скольжения, нагрузок и температуры также разработана сотрудниками лаборатории. (Горячева, Маховская и др., 2017)

• 
  Модельные образцы
  дорожной поверхности,
  содержащие маленькие
  камни с гладкой
  поверхностью
• 
  Модельные образцы
  дорожной поверхности,
  содержащие крупные
  камни с гладкой
  поверхностью
• 
  Топография поверхности
  резины с углеродными
  нанотрубками
  после испытаний
  на износ

Моделирование контактно-адгезионного взаимодействия гладких и шероховатых однородных и слоистых упругих тел

Построены модели контактно-адгезионного взаимодействия гладких и шероховатых однородных и слоистых упругих тел. Результаты моделирования применены для идентификации механических характеристик взаимодействующих тел при наноиндентировании. (Makhovskaya, Goryacheva, 1999)

• 
  Схема контактирования
  шероховатых поверхностей
  при наличии адгезии

Моделирование контактно-усталостного разрушения поверхностных слоев материалов

Разработан подход к моделированию контактно усталостного разрушения поверхностных слоев материалов в условиях их циклического деформирования, который использован для прогнозирования контактно-усталостного разрушения рельсов, отслаивания покрытий и т.д. (Бондарь, Горячева и др., 2019; Torskaya, 2016; Almuramady, Borodich, etc. 2019).

• 
  Характеристики процесса изнашивания: полный износ (а)
  и среднеквадратичное отклонение профиля (б)
  как функции времени для К=1 (1), К=0 (2)

Разработка модели изнашивания волокнистых композиционных материалов

Построена модель изнашивания волокнистых композиционных материалов, основанная на рассмотрении как процессов формоизменения поверхности композита при фрикционном взаимодействии, так и на анализе механизмов вырывания волокна из матрицы; результаты используются для оптимизации структуры углерод-углеродных материалов, используемых в авиационных тормозах (Рубин) (Горячева, 2001).

• 
  Схема расположения волокон для модели
  изнашивания волокнистых композитов
• 
  Изображение изношенной поверхности
  волокнистого углеродного композита
  на микроуровне

Видео-тактильный пневматический датчик для оценки модуля упругости мягких тканей (совместно с Институтом механики МГУ им. М.В. Ломоносова)

Разработан миниатюрный тактильный видеодатчик для измерения модуля Юнга биологических тканей, оснащенный воздушным насосом, способным регулировать пневматическое давление для изменения чувствительности системы (Gubenko, Morozov, etc., 2017).

• 
  Видео-тактильный пневматический датчик
  для оценки модуля упругости
  мягких тканей

Исследование влияния модификаторов трения на свойства создаваемых материалов (совместно с НИТУ «МИСиС»)

Проведено исследование влияния антифрикционных многокомпонентных модификаторов трения на трибологические и адгезионные свойства создаваемых материалов; построена модель выделения мягкой фазы в зону трения (эффект самосмазывания), разработаны методики оценки триботехнических свойств алюминиевых сплавов, содержащих различные модификаторы. Проведены исследования по разработанной методике пробных экспериментальных сплавов (Белов Н.А., Гершман и др., 2016; Сачек, Мезрин и др., 2016).

• 
  Модель образования смазывающей пленки
  на поверхности многокомпонентного сплава,
  состоящего из матрицы и включений

Наиболее значимые публикации сотрудников лаборатории

Книги

1. Горячева И.Г., Добычин М.Н. Контактные задачи в трибологии. М.: Машиностроение. 1988. ISBN 5-217-00208-5.
2. Горячева И.Г. Механика фрикционного взаимодействия. М.: Наука. 2001. ISBN 5-02-00-2567-4.
3. Goryacheva I.G. Contact Mechanics in Tribology. Dordrecht: Kluwer Academic Publishers. 1998. ISBN: 978-90-481-5102-8.
4. Садовничий В.А., Горячева И.Г., Акаев А.А., Мартыненко Ю.Г., Окунев Ю.М., Влахова А.В., Богданович И.Ю. Применение методов механики контактных взаимодействий при диагностике патологических состояний мягких биологических тканей. М.: Изд-во МГУ. 2009. ISBN: 978-5-211-05696-1.
5. Горячева И.Г., Маховская Ю.Ю., Морозов А.В., Степанов Ф.И. Трение эластомеров. Моделирование и эксперимент. Ижевск: Институт компьютерных исследований. 2017. ISBN 978-5-4344-0429-7.
6. Белов Н.А., Гершман Е.И., Гершман И.С., Горячева И.Г., Загорский Д.Л., Котова Е.Г., Маховская Ю.Ю., Мезрин А.М., Миронов А.Е., Муравьева Т.И., Сачек Б.Я., Столярова О.О., Торская Е.В. Алюминиевые сплавы антифрикционного назначения. М.: Изд. Дом МИСиС. 2016. ISBN 978-5-906848-22-8.
7. Бондарь В.С., Горячева И.Г., Матвиенко Ю.Г. и др. Расчет ресурса трибосопряжений по критерию износа. М.: Издательство Московского Политеха. 2019. ISBN: 978-5-2760-2496-7
8. Солдатенков И.А. Износоконтактная задача с приложениями к инженерному расчету износа. М.: Физматкнига. 2010. ISBN 978-5-89155-190-9.
9. Трибология: состояние и перспективы. Сборник научных трудов. В 2-х томах. Под редакцией И.Г. Горячевой и М.А. Броновца. Уфа: Уфимский государственный авиационный университет. 2016. ISBN 978-5-4221-0875-6.

Статьи

1. Goryacheva I.G. The periodic contact problem for an elastic half-space // Journal of Applied Mathematics and Mechanics. 1998. Vol. 62. No. 6. P. 959-966. DOI: 10.1016/S0021-8928(98)00122-1
2. Makhovskaya Y.Y., Goryacheva I.G. Combined effect of capillarity and elasticity in contact interaction // Tribology International. 1999. Vol. 32. No. 9. P. 507-515. DOI: 10.1016/S0301-679X(99)00080-8
3. Torskaya E.V., Goryacheva I.G. The effect of interface imperfection and external loading on the axisymmetric contact with a coated solid // Wear. 2003. Vol. 254. No. 5-6. P. 538-545. DOI: 10.1016/S0043-1648(03)00141-8
4. Goryacheva I.G. Wear process for coated bodies with periodic microgeometry at the interface // International Journal of Engineering Science. 2012. No. 61. P. 48-52. DOI: 10.1016/j.ijengsci.2012.06.008
5. Torskaya E.V. Modeling of fatigue damage of coated bodies under frictional loading // Physical Mesomechanics. 2016. Vol. 19. No. 3. P. 291-297. DOI: 10.1134/S1029959916030073
6. Goryacheva I.G., Miftakhova A.R. Modelling of the viscoelastic layer effect in rolling contact // Wear. 2019. Vol. 430. P. 256-262. DOI: 10.1016/j.wear.2019.05.021
7. Almuramady N., Borodich F.M., Goryacheva I.G., Torskaya E.V. Damage of functionalized self-assembly monomolecular layers applied to silicon microgear MEMS // Tribology International. 2019. Vol. 129. № 1. P. 202-213. DOI: 10.1016/j.triboint.2018.07.049
8. Морозов А.В., Буковский П.О. Методика построения карты трения для протекторной резины, скользящей по шероховатой поверхности // Трение и износ. 2018. Т. 39. № 2. С. 166-174.
   = Morozov A.V., Bukovskiy P.O. Method of Constructing a 3D Friction Map for a Rubber Tire Tread Sliding Over a Rough Surface // Journal of Friction and Wear. 2018. Vol. 39. No. 2. P. 129-136. DOI: 10.3103/S1068366618020113
9. Gubenko M.M., Morozov A.V., Lyubicheva A.N., Goryacheva I.G., Dosaev M.Z., Ju M.-S., Yeh C.H., Su F.-C. Video-tactile pneumatic sensor for soft tissue elastic modulus estimation // BioMedical Engineering Online. 2017. Vol. 16. No. 1. Article number: 94. DOI: 10.1186/s12938-017-0390-3
10. Морозов А.В., Петрова Н.Н. Методика оценки коэффициента трения уплотнительных морозостойких резин // Трение и износ. 2016. Т. 37. № 2. С. 162-167.
    = Morozov A.V., Petrova N.N. Method of evaluating the coefficient of friction of frost-resistant sealing rubbers // Journal of Friction and Wear. 2016. Vol. 37. No. 2. P. 124-128. DOI: 10.3103/S1068366616020124
11. Захаров С.М., Горячева И.Г., Краснов А.П., Юдин А.С., Морозов А.В., Марков Д.П., Наумкин А.В., Овечкин А.В. Трибологические исследования для разработки модификаторов трения в системе "колесо-рельс" // Трение и износ. 2015. Т. 36. № 6. С. 611-620.
    = Zakharov S.M., Goryacheva I.G., Krasnov A.P., Yudin A.S., Morozov A.V., Markov D.P., Naumkin A.V., Ovechkin A.V. Tribological studies for developing friction modifiers in the wheel–rail system // Journal of Friction and Wear. 2015. Vol. 36. No. 6. P. 468-475. DOI: 10.3103/S1068366615060173
12. Dosaev M., Martynenko Y., Antonov F., Goryacheva I., Morozov A., Su F.-C., Yeh C.-H., Ju M.-S. Application of video-assisted tactile sensor and finite element simulation for estimating young's modulus of porcine liver // Journal of Medical and Biological Engineering. 2015. Vol. 35. No. 4. P. 510-516. DOI: 10.1007/s40846-015-0064-1
13. Goryacheva I.G., Stepanov F.I., Torskaya E.V. Fatigue wear modeling of elastomers // Physical Mesomechanics, 2019. Vol. 22. No. 1. P. 65-72. DOI: 10.1134/S1029959919010107
14. Torskaya E.V., Mezrin A.M., Mosyagina I.V., Kornev Yu.V. Experimental and theoretical study of coating spalling under high-cycle frictional loading // Physical Mesomechanics. 2018. Vol. 21. No. 6. P. 475-482. DOI: 10.1134/S1029959918060012
15. Белов Н.А., Столярова О.О., Муравьева Т.И., Загорский Д.Л. Фазовый состав и структура алюминиевых сплавов системы Al-Cu-Si-Sn-Pb // Физика металлов и металловедение. 2016. Т. 117. № 6. С. 600-608. DOI: 10.7868/S0015323016040021
16. Столярова О.О., Муравьева Т.И., Загорский Д.Л., Белов Н.А. Микроскопия в исследовании поверхности многокомпонентных антифрикционных алюминиевых сплавов // Физическая мезомеханика. 2016. Т. 19. № 5. С. 105-114. [журнал]
17. Муравьёва Т.И., Гайнутдинов Р.В., Морозов А.В. Щербакова О.О., Загорский Д.Л., Петрова Н.Н. Исследование влияния антифрикционных модификаторов на свойства поверхности эластомеров на основе пропиленоксидного каучука // Трение и износ. 2017. T. 38. № 5. С. 399-410.
    = Muravyeva T.I., Gainutdinov R.V., Morozov A.V., Shcherbakova O.O., Zagorskiy D.L., Petrova N.N. Influence of antifriction fillers on the surface properties of elastomers based on propylenoxide rubbers // Journal of Friction and Wear. 2017. Vol. 38. No. 5. P. 339-348. DOI: 10.3103/S1068366617050087
18. Морозов А.В., Муравьёва Т.И., Гайнутдинов Р.В., Щербакова О.О., Загорский Д.Л., Буковский П.О., Юсупов А.А. Исследование изменения структуры и трибологических свойств поверхности протекторных резин в процессе трения // Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. 2018. № 11. С. 59-69. DOI: 10.1134/S0207352818110148
19. Mezrin A.M., Shcherbakova O.O., Muravyeva T.I., Zagorskiy D.L., Shkalei I.V. Tribological Tests Effect on Changes in the Surface Layers of Iron Containing Antifrictional Aluminum Alloys // Frontiers in Mechanical Engineering. 2019. 5:14 DOI: 10.3389/fmech.2019.00014
20. Сачек Б.Я., Мезрин А.М., Муравьёва Т.И., Столярова О.О. Комплексная экспресс-оценка триботехнических свойств антифрикционных алюминиевых сплавов методом склерометрии // Трение и износ. 2016. Т. 37. № 5. С. 606-613.
    = Sachek B.Ya., Mezrin A.M., Muravyeva T.I., Stolyarova O.O. The complex express evaluation of tribotechnical properties of antifriction aluminum alloys by sclerometric tests // Journal of Friction and Wear. 2016. Vol. 37. No. 5. P. 469-475. DOI: 10.3103/S1068366616050160

Экспериментальное оборудование

• Трибометр UMT-2 (CETR, Inc. USA).
  
  
  Трибометр UMT-2
  Оснащен камерой для испытания материалов в диапазоне температур от -25 до +150°С. Позволяет проводить испытание материалов в диапазоне нагрузок 10...1000 Н и скоростей 0,1...3000 об/мин по схемам контакта: кольцо – диск, палец – диск. Год выпуска: 2006.
• ВиброТрибометр UMT-3MT (USA).
  
  
  ВиброТрибометр
  UMT-3MT
  Оснащен камерой для испытания материалов в диапазоне температур от 23 до +350°С. Позволяет проводить испытание материалов в диапазоне нагрузок 0,002...200 Н. Оснащен возвратно-поступательным приводом, который позволяет проводить как фреттинг испытания, так и испытания, имитирующие работу ДВС. Диапазон частот от 0,01 до 60Гц, амплитуда колебаний от 50 мкм до 12,5 мм. Схема контакта: шарик/палец – диск. Год выпуска: 2008, (модернизация 2011).
• Скретч-тестер & Наноиндентор UNMT-1 (USA).
  Прибор, предназначенные для измерения твердости или сопротивления разрушению поверхности путем вдавливания и царапания твердым индентором. Позволяет проводить испытание материалов в диапазоне нагрузок 0,002...200Н. Оснащен линейным поступательным приводом, который позволяет проводить испытания с постоянной или переменно-возрастающей нагрузкой в диапазоне от 0,002 до 200 Н со скоростю скольжения от 0,001 до 10 мм/с на длине хода до 75 мм. Схема контакта: конический индентор/шарик – пластина. Год выпуска: 2009.
• Трибометр T-10 (Poland).
  
  
  Трибометр T-10
  Позволяет проводить испытание материалов в диапазоне нагрузок 5...70 Н и скоростей скольжения 0,05...1 м/с по кинематической схеме контакта «шарик/палец – диск». Год выпуска: 2004.
• Трибометр Т-05 (Poland).
  Позволяет проводить испытание материалов в диапазоне нагрузок 0,1...3000 Н и скоростей скольжения 0,05...3 м/с по кинематичекой схеме контакта колодка (частичный вкладыш)/блок – ролик. Оснащен камерой для проведения испытаний в смазочной среде, в том числе при повышенных температурах до +110°С. Год выпуска: 2008.
• Профилометр Mahr Pertometer S8P (Germany).
  
  
  Профилометр Mahr Pertometer S8P
  Предназначен для определений профиля, волнистости и шероховатости поверхности материалов по ГОСТ 25 2789-73. Год выпуска: 1994.
• Профилометр AMBIOS XP-200 (USA).
  Позволяет проводить сканирование поверхности образца в двух направлениях для анализа высоты ступени или шероховатости поверхности. Год выпуска: 2009.
• Весы Kern 770-14 (Germany).
  
  
  Весы Kern 770-14
  Аналитические весы для измерения веса образцов массой до 0,2 кг с точностью 0,5 мг. Год выпуска: 2005.
• Микротвердомер Shimadzu HVM-2000 (Япония).
  
  
  Микротвердомер
  Shimadzu HVM-2000
  Предназначен для оценки микротвердости материалов по Виккерсу, отдельных включений, тонких плёнок, распределения твёрдости по толщине тонких слоёв на плоских, цилиндрических и шаровых поверхностях. Год выпуска: 1995.
• Сканирующий электронный микроскоп FEI Quanta 650 (Нидерланды) с аналитическим оборудованием EDAX (США).
  Предназначен для изучения поверхности различных материалов с высоким разрешением (3–10 нм). Система детектирования в качестве датчиков использует сцинтилляционный (для детектирования вторичных электронов) и кремниевый (для детектирования высокоэнергетических обратноотраженных электронов). Имеется возможность изучения образцов в высоком и низком вакууме. Аналитическое оборудование позволяет изучать элементный состав образцов и дифракцию обратноотраженных электронов. Год выпуска: 2015.
• Оптический микроскоп Carl Zeiss Jena «Neophot-2» (ГДР) с системой визуального наблюдения и анализа изображения в цифровом и цветовом формате «Image Scope Color».
  
  
  Оптический микроскоп Carl Zeiss Jena «Neophot-2»
  с системой визуального наблюдения и анализа изображения
  в цифровом и цветовом формате «Image Scope Color»
  Предназначен для изучения поверхностей различных материалов на макроуровне. Диапазон полезных увеличений составляет от 12,5Х до 1250Х. Год выпуска: 1981 (модернизация 2006).
• Сканирующий зондовый микроскоп AIST Smart SPMTM-1000 (Россия, Зеленоград).
  Предназначен для проведения комплексных исследований поверхности различных объектов с нанометровым пространственным разрешением. Имеет моторизованную систему позиционирования образца 5х5 мкм. Точность позиционирования зонда и отсутствие искажений изображения осуществляется за счет использования в сканере емкостных датчиков обратной связи. Год выпуска: 2011.
• Автоматический высокоточный отрезной станок «Accutom-5» (Дания).
  Используется для резки различных материалов при изготовлении образцов для трибологических и металлографических исследований. Имеет автоматическое позиционирование объекта с точностью 5 мкм. Скорость вращения с шагом 100–3000 об/мин. Год выпуска: 2010.
• Шлифовально-полировальный комплекс «TegraPol-25» с автоматическим вращателем – держателем образцов «TegraForce-5» (Дания).
  
  
  Шлифовально-полировальный
  комплекс «TegraPol-25»
  с автоматическим
  вращателем –
  держателем образцов
  «TegraForce-5»
  Предназначен для автоматической подготовки материалографических образцов. Скорость вращения от 40 до 600 об/мин. Регулируемое усилие 10–100 Н с шагом 5 Н для единичных образцов, с держателем – 30–400 Н с шагом 15 Н. Год выпуска: 2010.
• Вакуумная установка магнетронного напыления SPI (США).
  
  
  Вакуумная установка магнетронного напыления SPI
  Предназначена для напыления тонкого токопроводящего слоя на с непроводящий образец, служит устройством пробподготовки для сканирующей электронной микроскопии. Год выпуска: 2006.
• Сканирующий нанотвердомер «Наноскан-4D Компакт» (Россия).
  
  
  Сканирующий нанотвердомер
  «Наноскан-4D Компакт»
  Предназначен для измерения механических и трибологических свойств материалов и покрытий методом инструментального индентирования в соответствии с ISO 14577 и ГОСТ Р.8747-2011. Для измерения применяются различные типы инденторов: шарики различного диаметра, пирамиды Виккерса и Берковича, сфероконические наконечники. Режимы работы прибора: индентирование с нормальной нагрузкой 10 мН–2 Н; трибоиспытание с однонаправленным и возвратно-поступательным скольжением со скоростью 0.005–0.01 мм/с. Год выпуска: 2015.

Информация на февраль 2021 г.