Построение термомеханической модели изнашивания пары трения „сталь–полимер“ с учетом деструкции материала

Предложена математическая модель изнашивания пары трения „сталь–полимер“ без смазки. Модель основана на уравнениях теплового баланса и кинетики износа, учитывающих диссипацию энергии при трении и теплообмен с окружающей средой. В отличие от традиционных подходов, предложенная модель включает в себя критические точки, соответствующие температурным переходам в полимере, что позволяет прогнозировать их положение на экспериментальных зависимостях с высокой точностью. Особое внимание уделено деструкции свойств полимера под воздействием температуры и механических нагрузок, существенно влияющей на трибологические характеристики пары трения. Модель реализована в САПР MatLab с использованием метода конечных элементов для численного решения уравнений теплопроводности и износа. Результаты моделирования, сопоставленные с экспериментальными данными, демонстрируют адекватность модели и возможность ее применения для оптимизации параметров трибологических систем „сталь–полимер“.

1. Armstrong-Hélouvry B., Dupont P., & Canudas de Wit C. A survey of models, analysis tools and compensation methods for the control of machines with friction // Automatica. 1994. Vol. 30, N 7. Р. 1083–1138.

2. Canudas-de-Wit C., Tsiotras P., Velenis E., Basset M., & Gissinger G. Dynamic Friction Models for Road/Tire Longitudinal Interaction // Vehicle System Dynamics: International Journal of Vehicle Mechanics and Mobility. 2003. Vol. 39, N 3. Р. 189–226.

3. Петросян А. Е., Горячева И. Г. Математическое моделирование сил трения в динамике механических систем. М.: Физматлит, 2010.

4. Popov V. L. & Gray J. A. T. Prandtl-Tomlinson Model: History and Applications in Friction, Plasticity, and Nanotechnologies // ZAMM. 2012. Vol. 92, N 9. Р. 683–708.

5. Седакова Е. Б., Козырев Ю. П. Тепловая нагруженность полимера в паре трения политетрафторэтилен–сталь // Трение и износ. 2017. Т. 38, № 5. С. 386–390.

6. Vattathurvalappil S. H., Hassan S. F., Haq M. Mechanics of ABS Polymer under Low & Intermediate Strain Rates // Recent Prog. Mater. 2023. Vol. 5. Р. 1–15.

7. Suwinski K., Lubinski J. The impact of the selected parameters of FDM manufacturing technology on tribological performance of abs-steel pair under dry friction // Tribology. 2020. Vol. 290. Р. 85–89.

8. Крыжановский В. К. и др. Технические свойства полимерных материалов. СПб: Профессия, 2003.

9. Дульнев Г. Н., Семяшкин Э. М. Теплообмен в электронных аппаратах. Л.: Энергия, 1968.

10. Chapman S. J. MATLAB Programming for Engineers. 2019.

11. Paluszek M. & Thomas S. MATLAB Recipes for Engineers and Scientists. 2016.

12. Мышкин Н. К., Петроковец М. И. Трение, износ, смазка. Физические основы и технические приложения трибологии. М.: Физматлит, 2007. 368 с.

13. Александров В. М., Коваленко Е. В. Задачи механики упругопластического контакта. Киев: Наук. думка, 1986.

14. Лыков А. В. Теория теплопроводности. М.: Высш. школа, 1967.

15. Ратинер Л. И. Трение и износ в экстремальных условиях. М.: Машиностроение, 1988.