Моделирование влияния эффекта шероховатости на характеристики нормального контакта деформируемых твердых тел

Несмотря на кажущуюся гладкость, поверхности реальных тел имеют микрорельеф, что приводит к несплошности контакта и большим различиям между фактическими и номинальными контактными характеристиками. Фактические характеристики, включая распределение контактных и внутренних напряжений вблизи отдельных пятен контакта, имеют большую практическую значимость, в частности, при исследовании электро- и теплопроводности, а также для анализа процессов трения, износа и подповерхностного разрушения материалов взаимодействующих тел. Для определения конкретных значений фактических характеристик, необходимо знать и значения номинальных, которые, в свою очередь, зависят от поверхностного микрорельефа и отличаются от случая взаимодействия идеально гладких тел. Следовательно, определение номинальных характеристик должно быть максимально точным и учитывать не только макроформы взаимодействующих тел и их механические свойства, но и микрогеометрию их контактирующих поверхностей.

В настоящее время для решения такого рода задач всё чаще используются численные методы и компьютерное моделирование. Однако, несмотря на их большой потенциал, разработка аналитических методов актуальна, так как они позволяют не только оценить влияние поверхностной микрогеометрии тел, но и разработать методы управления процессами за счет выбора соответствующих параметров микрорельефа. С этой целью сотрудниками лаборатории трибологии ИПМех РАН разработан двухмасштабный аналитический подход к исследованию нормального контакта деформируемых тел с учетом их поверхностного микрорельефа. На микромасштабе этот подход позволяет изучить фактическое распределение напряжений, а также реальную площадь контакта с учетом взаимного влияния неровностей и оценить влияние на них параметров микрорельефа, а на макромасштабе – уточнить значения номинальных характеристик в зависимости от условий взаимодействия и параметров поверхностного микрорельефа. Преимущество разработанного подхода продемонстрировано на примере решения нескольких контактных задач с деформируемыми однородными и неоднородными телами различной макроформы. Анализ полученных решений показал, что учет поверхностной микрогеометрии тел вносит не только количественные, но и качественные изменения в исследуемые контактные характеристики. Представленные решения могут быть использованы для управления контактными характеристиками путем выбора подходящего микрорельефа и для прогнозирования долговечности контактных пар на основе анализа внутренних напряжений вблизи отдельных пятен фактического контакта, определяющих процесс изнашивания контактирующих поверхностей в процессе фрикционного взаимодействия.

См. также:

• Goryacheva I.G., Yakovenko A.A. Modeling of the roughness effect in normal contact of deformable solids // Friction. 2025. Vol. 13. No. 1. Article 9441005. DOI: 10.26599/frict.2025.9441005

Информация на январь 2025 г.