Tribo-únava

Tribo -únava  je odvětví mechaniky , které studuje opotřebení-únavové poškození (ILE) a destrukci tribo-únavových systémů [1] [2] [3] [4] . Triboúnava vznikla na průsečíku tribologie a mechaniky únavového poškození a destrukce materiálů a konstrukčních prvků (obrázek 1). Termín tribo-únava (tribo (řecky) - tření, únava (francouzsky, anglicky) - únava) je přijat v mezistátní normě GOST 30638-99 „Tribofatigue. Termíny a definice“ [5] . Tento termín je obsažen v Běloruské encyklopedii [6] a Velkém encyklopedickém slovníku [7] .

Zakladatelem triboúnavy je doktor technických věd profesor Leonid Sosnovsky [8] [9] [10] .

Předměty ke studiu

Triboúnava je jakýkoli mechanický systém, ve kterém se proces tření uskutečňuje v jakémkoliv svém projevu (při odvalování , klouzání , skluzu, nárazu , erozi atd.) a který současně vnímá a tranzitivně přenáší objemovou, opakovaně proměnnou (zejména cyklickou). ) zatížení [11] . Zpravidla se jedná o zodpovědné produkty. V systému kolo/kolejnice je tedy detekováno tření při odvalování , klouzání , prokluzování a jeden z jeho prvků - kolejnice je navíc vystavena ohybu , tahu-kompresi , kroucení . Proto je jeho výkon dán komplexní IPM - kontaktně-mechanickou únavou. V systému klikový hřídel / hlava ojnice je realizováno kluzné tření a čep hřídele je současně vystaven ohybu s kroucením . V důsledku toho je jeho výkon dán komplexní IFP - třecí mechanickou únavou. V různých spojích typu hřídel/objímka dochází ke kluznému tření ( otěru ) a hřídel je navíc vystavena rotačnímu ohybu . A jeho výkon je dán komplexní IEP - fretting únava. Pokud studujeme systém potrubí / proudění kapaliny ( olej ), pak se v něm realizuje hydrodynamické tření a potrubí je současně zatěžováno přeměnitelným vnitřním tlakem . Proto je jeho výkon dán komplexní IEP - korozně-mechanickou (nebo korozně-erozní) únavou. Podobně radiačně-mechanická únava je typická pro potrubí primárního okruhu jaderné elektrárny .

Tribo-únavový systém je tedy v podstatě jakýkoli třecí pár, jehož alespoň jeden prvek je navíc a současně zatížen objemným (bezkontaktním) zatížením. Téměř v každém moderním stroji (automobil, letadlo, obráběcí stroj atd.) je zpravidla velmi zatěžován alespoň jeden triboúnavový systém, který do značné míry určuje provozní spolehlivost výrobku. Z toho vyplývá, že velký technický a ekonomický význam pro moderní technologii problémů tření a opotřebení (studované v tribologii) na jedné straně a problémů únavového poškození a destrukce (studované v mechanice únavy materiálů) , naopak mnohonásobně narůstá, když se dílčí škodlivé jevy (únava, tření a opotřebení) realizují současně a společně ve formě komplexního IEP (studovaného v triboúnavě).

Hlavní obsah

Tabulka 1 shrnuje hlavní obsah triboúnavy ve srovnání s tribologií a mechanickou únavou , které jsou jejími zdroji. A obrázek 1 ukazuje hlavní účinky zjištěné a studované v tribo-únavě.

Přímý účinek: vliv procesů a podmínek tření a opotřebení na změnu charakteristik odolnosti proti únavě systému triboúnavového systému a/nebo jeho prvků. Experimentálně bylo zjištěno [4] , že tření a opotřebení mohou jak prudce snížit (3-7 nebo vícekrát), tak významně (o 30-40 %) zvýšit mez únosnosti σ −1 konstrukčních prvků (obrázek 2).

Reverzní efekt: vliv opakovaně se střídajících napětí na změnu charakteristik tření a opotřebení triboúnavového systému a/nebo jeho prvků. Experimentálně bylo zjištěno [4] , že cyklická napětí od objemového zatížení, vybuzeného v kontaktní zóně, mohou v závislosti na podmínkách buď snížit nebo zvýšit odolnost třecího páru proti opotřebení (o 10-60% nebo více).

Vliv poškození Λ-interakcí (funkce Λ σ\τ ) je způsoben normálovými napětími (index σ) z mimokontaktních objemových zatížení ( únava ) a třecích napětí (index τw ) ( tření a opotřebení ). Podle tohoto efektu se poškození od různých (kontaktních a hromadných) zatížení nesčítají, ale dialekticky interagují [1] [2] [3] .

Tabulka 1 — Srovnání metodik vědních oborů
Disciplína Objekt ke studiu Základní výzkumné metody Hlavní cíle
experimentální teoretický
T ribúnava Tribo-únavový systém Zkoušky opotřebení a únavy Mechanika opotřebení a lomu Optimální řízení procesů integrovaných IEP triboúnavových systémů za účelem snížení ceny práce, finančních prostředků a materiálu v oblastech jejich výroby a provozu
T ribologie Třecí pár Třecí zkoušky Mechanika kontaktní interakce Boj proti opotřebení (až do tření bez opotřebení) a zabránění zadření třecích párů
U únavy Konstrukční prvek (ukázka) Únavové testy Pevná mechanika Snížení rychlosti akumulace poškození a zabránění únavovému selhání konstrukčních prvků

Výpočet triboúnavových systémů

V triboúnavě jsou formulovány principy a vyvíjeny metody [4] [12] pro výpočet triboúnavových systémů na pevnost, odolnost proti opotřebení, spolehlivost, životnost s přihlédnutím k riziku (bezpečnosti) provozu [13] .

Konstrukční systém tribo-fatigue (TF) umožňuje nastavit a řešit problémy:

Obrázek 3 poskytuje srovnávací analýzu metod pro výpočet energetických systémů podle kritérií triboúnavových kritérií (parametry s indexem TF), podle kritérií pro mechanickou únavu (parametry s indexem F) a také podle tribologického parametru - koeficient tření. Na všech grafech vodorovná tečkovaná čára znamená, že při výpočtu podle jednotlivých kritérií buď mechanické únavy nebo tribologie jsou požadované parametry brány jako jednotlivé. Křivočaré tečkované čáry popisují přímé nebo inverzní účinky za předpokladu, že funkce interakce poškození Λ σ/τ =1. Zbývající (plné) čáry charakterizují tyto vlivy s přihlédnutím k různým podmínkám interakce poškození: při Λ σ/τ >1 jsou převážně prováděny procesy změkčování, při Λ σ/τ <1 jsou převážně prováděny procesy zpevnění.

Stručně se vyjádříme např. ke stanovení požadovaného průřezu hřídele. Jeho průměr dF , přijatý podle dobře známé metody pro výpočet mechanické únavy, bude považován za rovný jedné: dF = 1.

Pokud je hřídel prvkem energetického systému, pak při zohlednění vlivu procesů tření a opotřebení, obecně charakterizovaných relativní hodnotou třecích napětí τ W 2 /τ f 2 , vede k tomu, že pro zajištění jeho pevnosti spolehlivost, hodnota d TF může být buď výrazně nižší (například 0,9 d F ), nebo výrazně vyšší (například 1,3 d F ) než hodnota d F ; závisí na poměru realizovaných procesů kalení-měkčení (Λ σ/τ >1 nebo Λ σ/τ <1).

Analýza dalších grafů na obrázku 3 vede k podobným závěrům při výběru požadované kontaktní plochy, materiálových vlastností, koeficientu tření.

To znamená, že se v triboúnavě odklánějí od tradičního výpočtu jednotlivých dílů a přecházejí k výpočtu a návrhu mechanických systémů [8] .

Testovací stroje

K dnešnímu dni byly v rámci triboúnavy vyvinuty a standardizovány zkušební metody únavy při opotřebení . Pomocí vyvinutých metod a na základě řady vynálezů byla vytvořena nová třída zkušebních zařízení  - stroje řady SI/SZ pro opotřebení materiálů, modely třecích dvojic a triboúnavových systémů (obr. 4). Hlavním rysem takových strojů je použití jednotných standardních velikostí zkušebních objektů (obrázek 5). To zajišťuje správné srovnání výsledků testů provedených za různých podmínek.

Technické vlastnosti strojů řady SI/SZ jsou upraveny požadavky mezistátní normy GOST 30755-2001 „Tribofatigue. Stroje pro testování opotřebením. Všeobecné technické požadavky“ [14] . Hlavní zkušební metody jsou standardizované.

Tribo-únava pro výrobu

V zájmu výroby byla realizována řada složitých projektů. Mezi nimi:

– Hi-Tech: lité nože pro řezací a sekací zařízení vysoce výkonných sklízecích řezaček [15] [16] [17] [18] [19] ;

– Provozní spolehlivost liniové části ropovodu [20] [21] [22] [23] [24] [25] [26] [27] [28] [29] [30] [31] [32] ;

– Hi-Tech: litinové kolejnice [33] [34] [35] [36] [37] [15] [38] [39] [40] [41] ;

– Velká ozubená kola [42] [43] [44] [36] [15] [45] [46] .

Poznámky

  1. ↑ 1 2 Sosnovsky, L. A. Základy triboúnavy: učebnice. příspěvek: [doplň. Ministerstvo školství Rep. Bělorusko jako učební pomůcka pro studenty technických vysokých škol] / L. A. Sosnovskiy. - Gomel: BelSUT, 2003. - T. 1. - 246 s.; T. 2. - 234 s.
  2. ↑ 1 2 Sosnovskiy, LA Tribo-únava. Poškození opotřebením a únavou a jeho předpověď / LA Sosnovskiy // Řada : Základy inženýrské mechaniky, Springer, 2005. - 424 s.
  3. ↑ 1 2 摩擦疲劳学 磨损 - LA 索斯洛夫斯基著, 高万振译 - 中国矿业大学出版社, 2013. - 324 s.
  4. ↑ 1 2 3 4 Sosnovsky, L. A. Mechanika poškození opotřebením-únava / L. A. Sosnovsky. - Gomel: BelSUT, 2007. - 434 s.
  5. ↑ Tribo-únava. Termíny a definice (mezistátní standard): GOST 30638-99. — Vstupte. 17.06.1999. - Mn. : Mezhgos. Rada pro normalizaci, metrologii a certifikaci : Bělorusko. Stát in-t normalizace a certifikace, 1999. - 17 s.
  6. ↑ Trybafatyka // Běloruská encyklopedie. - Minsk: Běloruská encyklopedie, 2002. - T. 15. - S. 542.
  7. ↑ Tribo-Fatigue // Velký běloruský encyklopedický slovník / ed. kolegium: T. V. Belova (šéfredaktor) a další - Minsk: Bělorusko. zacyklovat. pojmenovaný po P. Brokim, 2011. - S. 354.
  8. ↑ 1 2 Vysockij, M.S. Nové slovo v mechanice / M.S. Vysockij // Věda a inovace. - 2010. - č. 9 (91). – S. 17–19.
  9. ↑ Vityaz, P. A. Mechanický vědec Leonid Adamovič Sosnovskij (k vědecké biografii) / P. A. Vityaz, M. S. Vysockij, V. A. Zhmailik // Tr. VI Mezinárodní symposium o tribo-únavě (ISTF 2010), 25. října. – 1. listopadu 2010, Minsk (Bělorusko) / redakční rada. : M. A. Zhuravkov (předch.) [a další]. - Minsk: BGU, 2010. - T. 1. - S. 55–64.
  10. ↑ Žuravkov, M. A. Osobnost. Vědec. Básník / M. A. Zhuravkov // Osobnost. Vědec. Básník / vyd. vyd. V. I. Senko. - Gomel: BelSUT, 2015. - C. 8-19.
  11. ↑ Shcherbakov, S. S. Mechanika triboúnavových systémů / S. S. Shcherbakov, L. A. Sosnovskiy. - Minsk: BGU, 2011. - 407 s.
  12. ↑ Sosnovskij, L. A. Základní a aplikované problémy triboúnavy: kurz přednášek / L. A. Sosnovskij, M. A. Zhuravkov, S. S. Shcherbakov. - Minsk: BGU, 2011. - 488 s.
  13. ↑ Sosnovsky, L. A. L-Risk (mechanothermodynamika nevratného poškození) / L. A. Sosnovsky. - Gomel : BelGUT, 2004. - 317 s.
  14. ↑ Tribo-únava. Stroje pro testování opotřebením. Všeobecné technické požadavky (mezistátní norma): GOST 30755-2001. — Vstupte. 07/01/2002. - Mn. : Mezhgos. Rada pro normalizaci, metrologii a certifikaci : Bělorusko. Stát in-t normalizace a certifikace, 2002. - 8 s.
  15. ↑ 1 2 3 Sosnovskij, L. A. Litina a ocel v triboúnavových systémech moderních strojů a zařízení / L. A. Sosnovskij, P. A. Vityaz, V. A. Gapanovich, N. V. Psyrkov, N. A. Makhutov // Mechanika strojů, mechanismů a materiálů. - 2014. - č. 4 (29). – S. 5–20.
  16. ↑ Novikov, A. A. Mechanické a provozní vlastnosti litiny VCTG / A. A. Novikov, P. S. Drobyshevsky, S. A. Tyurin, D. S. Chumak // Bulletin of the Gomel State Technical University. P. O. Suchoj. - 2018. - č. 1 (72). – S. 61–69.
  17. ↑ Novikov, A. A. Nože pro řezná a brusná zařízení sklízecích řezaček (výpočet, materiál, technologie výroby, výsledky zkoušek a certifikace v MIS) / A. A. Novikov, P. S. Drobyshevsky, V. S. Golubev, V V. Komissarov // Aktuální otázky strojírenství: So. vědecký tr. - Problém. 6. - Minsk: OIM NASB, 2017. - S. 231–236.
  18. ↑ Novikov, A. A. Hodnocení odolnosti nožů zařízení na mletí krmiva zemědělských kombajnů: teorie, stolní a polní testy / A. A. Novikov, V. V. Komissarov, V. O. Zamjatnin, P. S. Drobyshevsky, S. S. Shcherbakov, L. A. Sostinnovsky // BelSUT: Věda a doprava. - 2016. - č. 1 (32). – S. 201–208.
  19. ↑ Metoda pro srovnávací hodnocení odolnosti proti opotřebení testovaných nožů pro dávkovací mlecí zařízení zemědělského kombajnu: Pat. 21970 Rep. Bělorusko, IPC G 01N3/58/ L. A. Sosnovskij, N. V. Psyrkov, S. G. Volčenko, V. O. Zamjatnin, V. V. Komissarov, D. S. Chumak; žadatelé JSC "Gomselmash", LLC "NPO TRIBO-FATIKA". –č. a20140422; prosinec 14.08.2014; publ. 27.02.2018. - 2018. - 17:00
  20. ↑ Sosnovsky, S. V. Metody a výsledky experimentálních studií lineárního úseku ropovodu jako triboúnavového systému / S. V. Sosnovsky, A. M. Bordovský, A. N. Kozik, V. V. Vorobyov // Tr. VI Mezinárodní symposium o tribo-únavě (ISTF 2010), 25. října. – 1. listopadu 2010, Minsk (Bělorusko) / redakční rada. : M. A. Zhuravkov (předch.) [a další]. - Minsk: BGU, 2010. - T. 1. - S. 351–360.
  21. ↑ Sosnovsky, L. A. K multidisciplinárnímu přístupu k analýze a predikci provozních škod a zdrojů lineárních úseků ropovodu z hlediska triboúnavy / L. A. Sosnovsky, Yu. V. Lisin, A. N. Kozik // Mechanics of Stroje, mechanismy a materiály . - 2017. - č. 3 (40). – S. 75–84.
  22. ↑ Bordovský, A. M. Analýza náhodného procesu nakládání ropovodu / A. M. Bordovskij, V. V. Vorobyov // Mechanika-99: materiály II. běloruského kongresu teoretické a aplikované mechaniky, Minsk, 28.–30. června 1999 - Gomel: IMMS NASB , 1999. - S. 271-273.
  23. ↑ Bordovský, AM Metoda zrychlených statistických únavových testů desek / AM Bordovský, VV Vorobyev // Proc. III. mezinárodního sympozia o tribo-únavě (ISTF 2000), Peking, Čína, říjen. 22–26, 2000. - Peking: Hunan University Press, 2000. - S. 204–207.
  24. ↑ Bordovský, AM Posouzení spolehlivosti lineárního ropovodu / AM Bordovský, VV Vorobyev // Proc. III. mezinárodního sympozia o tribo-únavě (ISTF 2000), Peking, Čína, říjen. 22–26, 2000. - Peking : Hunan University Press, 2000. - S. 380–381.
  25. ↑ Kozik, A. N. Vliv korozního poškození na únosnost ropovodů / A. N. Kozik, V. V. Vorobjov // Mechanika strojů, mechanismů a materiálů. - 2011. - č. 2 (15). - S. 90-94.
  26. ↑ Kozik, A. N. Testování ropovodů vnitřním tlakem / A. N. Kozik // Bulletin Polotské státní univerzity. -2011. – č. 8. – S. 110-114.
  27. ↑ Zařízení pro zkoušení materiálu na korozi a erozní únavu: Pat. 9573 Rep. Bělorusko, IPC G 01N3 / 56, G 01N17 / 00 / A. A. Kosťučenko, A. M. Bordovskij, V. V. Vorobjov, V. O. Zamjatnin, L. A. Sosnovskij; žadatelé RUE "Gomeltransneft Družba", LLC "NPO TRIBO-FATIKA". - č. a20050020; prosinec 01/10/2005; publ. 30.08.2007. - 2007. - 6 s.
  28. ↑ Kostyuchenko, A. A. Korozně-mechanická pevnost podvodních úseků ropovodů / A. A. Kostyuchenko / vědecký. vyd. L. A. Sosnovskij. - Gomel: BelSUT, 2008. - 47 s.
  29. ↑ Ropovody. Zkušební metoda vnitřním tlakem do porušení (Běloruský standard): STB 2162–2011. - Vstup. 07/01/2011. - Mn. : GOSTANDART, 2011. - 34 s.
  30. ↑ Ropovody. Metody zkoušení potrubní oceli na odolnost proti trhlinám (Běloruský standard): STB 2502–2017. - Vstup. 01.10.2017. - Mn. : GOSTANDART, 2017. - 29 s.
  31. ↑ Sherbakov, SS Mezioborový přístup k analýze a předpovědi tolerance provozního poškození systému ropovodů - 1. část / SS Sherbakov // Věda a technologie potrubí. - 2019. - Sv. 3. - č. 2. - S. 134–148.
  32. ↑ Sherbakov, SS Mezioborový přístup k analýze a prognóze tolerance provozního poškození systému ropovodů - 2. část / SS Sherbakov // Věda a technologie potrubí. - 2020. - Sv. 4. - č. 1 (3). – S. 62–73.
  33. ↑ Sborník příspěvků ze 7. mezinárodní konference o kontaktní mechanice a opotřebení kolejnicových / kolových systémů (Brisbane, Austrálie, 24.–27. září 2006). – Brisbane, 2006.
  34. ↑ Sborník příspěvků ze světového kongresu tribologie V: Turín, Itálie, 8.–13. září 2013. – Turín, 2013.
  35. ↑ Uspořádání a údržba kolejí a vozového parku pro těžké a vysokorychlostní vlaky „kolo-kolej“ : So. tr. vědecko-praktické. Conf., Moskva, VNIIZhT, 28.–29. října. 2008 - M. : VNIIZhT, 2008.
  36. ↑ 1 2 Tvárná litina s vysokou odolností proti únavě. Třídy a mechanické vlastnosti (Běloruský standard): STB 2544–2019. - Vstup. 01.10.2019. - Mn. : GOSTANDART, 2019. - 7 s.
  37. ↑ Psyrkov, N. V. Speciální tvárná litina s nodulárním grafitem jako nový konstrukční materiál / N. V. Psyrkov // Mechanika strojů, mechanismů a materiálů. - 2012. - č. 3 (20) - 4 (21). – S. 213–218.
  38. ↑ Sosnovsky, L. A. Tribo-únavový systém kola / kolejnice pro těžký provoz: zvýšení zatížení a ... snížení nákladů? / L. A. Sosnovskij, V. A. Gapanovič, V. I. Senko, V. I. Matvetsov, S. S. Ščerbakov, V. V. Komissarov // Bulletin BelSUT: Věda a doprava. - 2016. - č. 1 (32). – S. 219–226.
  39. ↑ Shcherbakov, S. S. Stav napětí-deformace a objemové poškození v blízkosti kontaktní interakce v systému tribo-únavové kolo / kolejnice, s přihlédnutím k bezkontaktní deformaci kolejnice / S. S. Shcherbakov, O. A. Nasan // Bulletin of BelSUT: Science a Doprava. - 2016. - č. 1 (32). – S. 234–247.
  40. ↑ Hampton, RD "Zvlnění kolejnic - zkušenosti s tranzitními vlastnostmi USA" // RD Hampton // Transp. Res. Rec. - 1986. - č. 1071. - S. 16–18.
  41. ↑ Tyurin, S. A. Experimentální studie zbytkového vlnovitého poškození s iniciovanou počáteční deformací tvaru vzorku / S. A. Tyurin, S. S. Shcherbakov // Bulletin of BelSUT: Science and Transport. - 2005. - č. 2. - S. 88–93.
  42. ↑ Metoda zkoušení materiálu ozubeného kola na kontaktní a ohybovou únavu: Pat. 9247 Rep. Bělorusko, IPC G 01M13/02 / V. A. Zhmailik, V. A. Andriyashin, L. A. Sosnovsky, A. M. Zakharik, Al. M. Zacharik, V. V. Komissarov, S. S. Ščerbakov; přihlašovatelé PO "Gomselmash", OIM NAS B. - č. a20040781; prosinec 19. 8. 2004; publ. 30.04.2007. - 2007. - 6 s.
  43. ↑ Sosnovskiy, LA Kontaktní a ohybová únava ozubených převodů / LA Sosnovskiy, VA Zhmailik, SS Shcharbakou, VV Komissarov // Proc. světového tribologického kongresu III: Washington, DC USA, 12.–16. září 2005. – Washington, 2005.
  44. ↑ Zhmailik, V. A. Experimentální studie odolnosti proti únavě, kvality a rizika použití materiálů pro ozubená kola / V. A. Zhmaylik // Bulletin of the Brest State Technical University. - 2001. - č. 4. - S. 15–17.
  45. ↑ Zakharik, A. M. Integrovaný přístup k hodnocení pevnostní spolehlivosti ozubení / A. M. Zakharik, A. M. Goman, V. V. Komissarov // Věda a inovace. - 2010. - č. 9 (91). – S. 20–23.
  46. ↑ Zhmailik, V.A. Výpočet a experimentální metoda pro posouzení pevnostní spolehlivosti ozubených kol hlavního páru hnací nápravy MAZ-5440 / V.A. Zhmailik, A.M. Zakharik, Al. M. Zakharik, A. M. Goman, Yu. L. Soliterman, V. V. Komissarov, L. A. Sosnovsky // Bulletin BelSUT: Věda a doprava. - 2008. - č. 1 (16). – S. 72–80.

Odkazy