- Главная
- Новости
-
К истории трибофатики
- Ученые о трибофатике
- Основные этапы развития трибофатики
- Некоторые этапы и перспективы развития трибофатики (материалы к ее истории)
- О развитии представлений об усталости металлов при объемном нагружении и трении
- Ученый-механик Л. А. Сосновский (к научной биографии)
- Статьи из Белорусской энциклопедии
- Испытательное оборудование
- НИР
- Международные симпозиумы
- Публикации
- Государственные стандарты
- Патенты
- Диссертации
- Награды. Поощрения
Статьи
Категории статей
- Обзоры по трибофатике
- Междисциплинарные исследования
- Комплексные исследования
- Экспериментальные исследования
- Напряженно-деформированное состояние
- Состояние поврежденности и предельное состояние
Обзоры по трибофатике
Витязь П.А., Сосновский Л.А., Щербаков С.С. Новые подходы в механике деформируемых систем // Докл. НАН Беларуси. –2009. Т. 53, –№ 4. –С.102-110.
Рассмотрены новые подходы к механико-математическому моделированию трибофатических систем одновременно подверженных контактному и неконтактному нагружениям. Представлена принципиально новая методика комплексного изучения механического состояния деформируемой системы и ее элементов, включающая постановку и решение задач о напряженно-деформированном состоянии, поврежденности и предельном состоянии. Приведены результаты исследования системы типа ролик/вал по данной методике
Журавков М.А., Щербаков С.С. Фундаментальные задачи трибофатики и их практическое применение в машиностроении // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. –2011. Т. 13, –№ 4(3). –С 726–732.
Рассмотрены некоторые основные задачи взаимодействия в трибофатических системах. Приведены результаты расчетов, показывающие влияние объемных (неконтактных) нагрузок на контактное давление. Рассмотрены напряженно-деформированное состояние и состояние поврежденности типичной трибофатической системы.
Журавков М.А., Щербаков С.С., Сосновский Л.А.Применение методологии механики деформируемого твердого тела в трибофатике // Методи розв’язування прикладних задач механiки деформiвного твердого тiла: збiрник наукових прац / Днiпропетровський нацiональний унiверситет; редкол.: А.П. Дзюба [и др.]. – Днiпропетровськ: IМА-прес, 2009. Вип.10 – С. 116–122.
Рассмотрено применение механико-математических моделей механики деформируемого твердого тела к описанию трибофатических систем, одновременно подверженных контактному и неконтактному нагружению. Приведены результаты исследования напряженно-деформированного состояния типичной силовой системы.
Щербаков С.С., Сосновский Л.А. Исследование механических состояний силовых систем // Вестник БелГУТа. –2008. –№ 1 (16). –С.89-104.
Дана систематизация исследований в области трибофатики по оценке механического состояния силовых систем машин и оборудования. Обсуждаются три круга основных задач: напряженно-деформированное состояние; состояние поврежденности; предельное состояние. Дается краткий анализ всех трех задач применительно к типичным силовым системам, которые работают в характерных условиях нагружения. Показано, что механические состояния силовой системы исчерпывающим образом характеризуются и описываются этими тремя задачами. Выполнено численное решение поставленных задач применительно к системе типа «ролик / вал», которая по условиям нагруженности и характеру повреждения имитирует работу реальной системы «колесо/рельс». Приведены результаты экспериментальной проверки некоторых решений.
Междисциплинарные исследования
Sosnovskiy L.A., Sherbakov S.S. Mechanothermodynamical system and its behavior. Continuum Mech. Thermodyn.–2012, –Vol.24, Issue 3, pp. 239-256.
An attempt to formulate the basic principles of mechanothermodynamics of systems is made. The notion of tribo-fatigue entropy generated in a mechanical system is introduced similarly to thermodynamic entropy governed by matter and energy exchange. Interrelation of motion, damage, and information is found. It is shown that motion generates new information in the system if its damageability index is non-zero. The information is positive if the system is hardened and negative if it softened. It leads one to perceiving the principal feature of interaction of irreversible damages (effective energies and entropy) generated by effects of different nature (mechanical loads, heat flows, etc.), viz. dialectic character of interaction. Two principles of thermodynamics are formulated.
СосновскийЛ.А., Витязь П.А., Высоцкий М.С., Журавков М.А., Щербаков С.С. Об уровнях междисциплинарных исследований в механике // Теоретическая и прикладная механика: Межведомственный сборник научно-методических статей. – Вып.27. –Минск: БНТУ, –2012. –С.15-30.
Дан краткий анализ четырех уровней междисциплинарных исследований в механике.
Сосновский Л.А. Щербаков С.С., О возможности построения механотермодинамики // Наука и инновации. – 2008. – № 2. – С. 24–29.
Сделана попытка сформулировать основные положения механотермодинамики систем. Введено представление о трибофатической энтропии, порождаемой в механической системе, – подобно термодинамической энтропии, определяемой обменом энергией и веществом. Это приводит к познанию принципиальной особенности взаимодействия необратимых повреждений (эффективных энергий, энтропии), порождаемых воздействиями разной природы (механические нагрузки, тепловые потоки и т. д.): оно обнаруживает диалектический характер. Сформулированы два начала механотермодинамики.
Щербаков С.С. К общей теории взаимодействия в трибофатических системах // Гармоничное развитие систем - третий путь человечества / под ред. Сороко Э.М., Егоровой-Гудковой Т.И. – Одесса, 2011. – С. 158–163.
Рассматривается теория энергетического взаимодействия в трибофатических системах. Ее построение ведется на основе представлении об эффективной энергии, т.е. той части подведенной к системе энергии, которая непосредственно расходуется на производство необратимых повреждений. Предложена модель взаимодействий между необратимыми повреждениями различной природы в движущейся и деформируемой системе.
Комплексные исследования
Sosnovskiy L.A., Sherbakov S.S. Vibro-impact in rolling contact // Journal of Sound and Vibration. – 2007. –Vol.308, Issues 3-5, pp. 489–503.
Irregular wavy residual damages (troppy phenomenon) occur in the contact area in rolling friction as the result of a nonstationary process of cyclic deformation. They initiate vibro-impact loading of an active system. The results of experimental study of these damages are given. Theoretical model satisfactory describing troppy phenomenon is developed.
Журавков М.А., Щербаков С.С. Некоторые подходы к моделированию контактного взаимодействия движущихся деформируемых тел // Докл. НАН Беларуси. –2012. Т. 56, –№ 1. –С.113-123.
Рассмотрена постановка задачи определения механического состояния системы n движущихся деформируемых тел, обладающих различными механическими свойствами. Данная постановка включает в себя как уравнения движения тел, так и граничные условия для каждого из тел, определяемые характером их взаимодействия.
Применительно к данной системе предложена система разрешающих интегральных уравнений, которая позволяет определить нормальные и касательные усилия на поверхности каждого из тел, а также напряженно-деформированное состояние его внутренности. На основе решения данной системы могут быть исследованы прямой и обратный эффекты в трибофатической системе, состоящей из двух и более элементов.
Приведен пример расчета изменения контактного давления под действием неконтактных нагрузок в трибофатической системе ролик/вал.
Щербаков С.С. Динамика трибофатических систем // Механика машин, механизмов и материалов. –2011. –№ 2. –С 85–89.
Динамическое нагружение трибофатической системы приводит к развитию нестационарного процесса циклического деформирования в зоне контактного взаимодействия. В системе ролик/вал при одновременной реализации трения качения и неконтактного изгиба вала на поверхности контакта образуются (при определенных условиях) нерегулярные волнообразные остаточные повреждения (явление троппи). На основании результатов экспериментального исследования указанных повреждений, наблюдаемых в процессе износоусталостных испытаний, построена механико-математическая модель, которая удовлетворительно описывает явление троппи с учетом как движения трибофатической системы, так и ее нестационарного напряженно-деформируемого состояния и состояния поврежденности. Показано, что волнообразные повреждения рельсов в процессе эксплуатации можно рассматривать как частный случай троппи; это открывает пути для эффективного поиска методов борьбы с ними
Экспериментальные исследования
Sosnovskii L.A., Komissarov V.V., Shcherbakov S.S. A Method of Experimental Study of Friction in a Active System // Journal of Friction and Wear, –2012, –Vol. 33, –№ 2, pp. 136–145.
It is shown that machines of the SI series for wear-fatigue tests make it possible to measure the friction torque during rolling with a sufficient accuracy. For this purpose, methods for the calibration and determination of the accuracy of all parameters and characteristics being specified and measured are developed. A method for the determination of the coefficient of resistance to rolling depending on the value of the off-contact load is also developed and exemplified. Analysis of the experimental results and analytical description of the complex of these studies will be presented in subsequent papers.
Sosnovskii L.A., Komissarov V.V., Shcherbakov S.S. Comparative Experimental Study of Friction Parameters in a Tribopair and a Force System // Journal of Friction and Wear, –2012, –Vol. 33, –№ 3, pp. 258–264.
The paper presents the results of experimental study of the effect of stresses resulting from off-contact load on variations in the friction torque and the coefficient of resistance to rolling in a force system compared to a similar tribopair. The results are compared with the theoretical data obtained on the basis of the deformation approach to the analysis of friction. It is shown that the calculation estimates agree well with the experimental results both qualitatively (the regularities) and quantitatively (the numerical values). The error of the determination of the coefficient of resistance to rolling does not exceed 7%. The study results make it possible to formulate and solve the problem of the effective control over the friction force (coefficient) by varying cyclic (bending) stresses.
Махутов Н.А., Замятнин В.О., Тюрин С.А., Щербаков С.С. Оригинальные методы износоусталостных испытаний системы колесо-рельс на малоразмерных моделях //Заводская лаборатория. Диагностика материалов. – 2008. Т. 74. – № 4. – С. 58-61.
Описаны новые методы износоусталостных испытаний различных моделей системы колесо/рельс. В качестве элемента, моделирующего рельс, предложено кольцо. Картина повреждаемости, выявленная на испытанном образце-рельсе, аналогична полученной при эксплуатации рельсов. Метод испытаний прошел апробацию.
Сосновский Л.А., Щербаков С.С. Формирование остаточных волнообразных поверхностных повреждений при контактно-механической усталости // Вестник БелГУТа, 2005. -№2. –С.71-87.
Изложены результаты теоретического анализа особого типа предельного состояния - образования на дорожке качения остаточных волнообразных повреждений. Записаны общие дифференциальные уравнения движения ролика по валу; эта пара в известной мере имитирует работу системы колесо/рельс. Предложена методика учета возмущающего действия силовых факторов путем определения интегральных моментов от распределенных усилий, передаваемых на ролик в зоне контакта.
Щербаков, С.С. Об одном требовании к выбору коэффициента трения в силовой системе // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. – 2005. – Т. 71, № 2. – С. 46–48.
Рассмотрена задача о величине коэффициента трения в силовой системе при фрикционно-механической усталости с позиций обеспечения требуемой эксплуатационной надежности этой системы.
Напряженно-деформированное состояние
Sherbakov S.S. Three-dimensional stress-strain state of a pipe with corrosion damage under complex loading // In book: Tribology – Lubricants and Lubrication, ed. by Chang-Hung Kuo. – Rijeka: InTech, 2011. – pp. 139–172.
Formation of wall friction force by turbulent oil flow and resulting change of pipe’s stress-strain state are studied. Three-dimensional model of stress-strain state of pipe with internal corrosion defect loaded by internal pressure, friction caused by motion of oil and by temperature is presented. Analysis of main results of computer simulations is given.
Sosnovskiy L.A. Sherbakov S.S. Special Class of Contact Problems and the Calculation of the State of Stress of Wheel / Rail System Elements // Proc. of the 7th International Conference on Contact Mechanics and Wear of Rail/Wheel Systems, Brisbane, Australia, September 24–27, 2006. – Brisbane, 2006. – Vol. 1. – Р. 115–125.
A special class of contact problems arises if the combined state of stress of the active system elements in contact is governed both by the field of contact stresses and the field of stresses that is caused by volume loads (bending, tension -compression, torsion, etc.). The main principles of solving such problems are given in this work.
An active roller/ring system may to a certain extent serve as a model of a wheel/rail system. It is due to the fact that there is not only contact interaction in the wheel/rail system but also bending of the rail. The method of investigation of the state of stress of elements of such systems in the conditions of both static (accompanied by bending) and rolling (dynamic) contact is presented in the work. Numerical solution for the state of stress of the roller and ring is given. It shows that in some areas bending leads to the change of the sign of stresses. Their absolute values in some points change by hundred percent.
Журавков М.А., Щербаков С.С. Внутренние усилия и напряжения в трижды статически неопределенном дугообразном стержне //Вестн. БГУ. Сер. 1. – 2007. – № 3. – С. 60–64.
Рассматривается расчет внутренних усилий и напряжений в кольце системы ролик/кольцо, применяемой для износоусталостных испытаний. Кольцо моделируется дугой плоского кривого стержня, которая в произвольной точке нагружена единичными радиальной и касательной силами. Концы стержня жестко заделаны. Для раскрытия статической неопределенности рассматриваемой упругой модели применяется метод сил. Определение всех реакций опор делает возможным расчет изгибающего момента, продольного и поперечного усилий в стержне. На основе полученных внутренних усилий рассчитываются изгибные напряжения в кривом стержне.
Круподеров А.В., Щербаков С.С. Аналитическое решение задачи определения напряженно-деформированного состояния полупространства при действии на него распределенной нормальной нагрузки // Вестн. БГУ. Сер. 1. 2010. – № 1. – С. 17–21.
В работе предложено аналитическое решение задачи определения трехмерного напряженного состояния при действии нормально распределенных контактных усилий. Расчет полей напряжений во всем полупространстве проводился путем суперпозиции решении для равномерно распределенного по треугольной области давления. Для случая эллиптически распределенных контактных усилий показано хорошее соответствие полученного решения с частными точными решениями для некоторых подобластей полупространства.
Щербаков C.C., Бородако С.М. Моделирование напряженно-деформированного состояния трибофатической системы ролик/кольцо // Механика машин, механизмов и материалов. –2012. –№ 1. –С 80–86.
Рассмотрена трибофатическая система ролик/кольцо, являющаяся моделью системы колесо/рельс, используемой при износоусталостных испытаниях. Как и в системе колесо/рельс, напряжено-деформированное состояние элементов системы ролик/кольцо определяется наличием контактного взаимодействия между ними, а также объемным деформированием одного из элементов (изгиб кольца). Данные виды нагружения в системе ролик/кольцо реализуются посредством приложения единой сжимающей нагрузки. Представлены результаты конечноэлементного моделирования напряженно-деформированного состояния такой системы. Показано значительное изменение характера распределений напряжений и численных значений параметров контакта данной системы вследствие изгиба кольца по сравнению с контактной парой. Это означает, что не учет изгибных напряжений при анализе напряженного деформированного состояния системы колесо/рельс может приводить к неверной оценке ее работоспособности.
Щербаков С.С. Методы анализа напряженного состояния лабораторной модели системы колесо/рельс // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. –2007. –№ 11. – С. 32–40.
Приведена методика расчета напряженного состояния лабораторной модели системы колесо/рельс, построенной по типу ролик/колесо. Показано, что при анализе напряженного состояния систем типа ролик/кольцо, колесо/рельс следует учитывать не только контактную нагрузку, но и изгибные напряжения. Данное положение подтверждено экспериментально.
Щербаков С.С. Напряженно-деформированное состояние системы диск-цилиндр в условиях контактного взаимодействия и изгиба цилиндра // Весцi НАНБ. Серыя фiз.-тэхн. навук. –2010. –№ 3. –С 29–34.
В работе рассматриваются поля напряжений и деформаций в силовой системе диск-цилиндр. Напряженное состояние было получено путем суперпозиции полей напряжений, обусловленных действием нормальных и касательных эллиптически распределенных контактных усилий, а также неконтактным изгибом цилиндра. Показано значительное изменение напряженно-деформированного состояния в сравнении с решением задачи для чистого контактного взаимодействия.
Состояние поврежденности и предельное состояние
Shcherbakov, S.S. Modeling of the damaged state by the finite-element method on simultaneous action of contact and noncontact loads // Journal of Engineering Physics and Thermophysics, –2012. –Vol. 85,–№ 2. pp. 472-477.
A comparative analysis of the results of finite-element modeling of the damaged state of solid bodies in the vicinity of their contact interaction with simultaneous stretching or compression of one of the elements of the contact pair is presented. The values of dangerous volumes of these bodies were calculated by summing the volumes of their finite elements in which the average value of the intensity of stresses exceeds the limit of contact fatigue.
Журавков М.А., Щербаков С.С. Объемная мера поврежденности твердых тел при их контактном взаимодействии и некоторые ее приложения // Механика машин, механизмов и материалов. –2011. –№ 4. –С 91–96.
Поврежденность трибофатической системы определяется на основе модели деформируемого твердого тела с опасным объемом. Показано, что такие объемы могут быть вычислены по многим и различным параметрам, характеризующим механическое состояние материала (компоненты, интенсивность, тензор напряжений и др.). Дана классификация мер поврежденности, которые могут быть полезными в разных условиях. Рассмотрены условия деформирования и предложено несколько критериев для ограничения опасных объемов. Приведены методики и результаты расчета опасных объемов и поврежденности при контактном взаимодействии с трением. Даны примеры использования развиваемой концепции для решения практически важных задач.
Сосновский Л.А., Щербаков С.С. Концепции поврежденности материалов // Вестник ТНТУ. –2011. – Спецвыпуск (1). –С.14-23.
Дано краткий обзор известных понятий повреждаемости материалов при сопротивлении усталости. Разработан новый подход к оценке повреждаемости трибофатических систем, работающих в сложных условиях одновременного действия контактных и объемных нагрузок.
Сосновский Л.А. Щербаков С.С. Обобщенная теория предельных состояний силовых систем // Весцi НАНБ. Серыя фiз.-тэхн. навук. –2008. –№ 4. –С 43–49.
Предложен обобщенный критерий предельного состояния силовой системы. Критерий построен с учетом тензоров напряжений и деформаций, обусловленных действием объемных нагрузок и контактным взаимодействием элементов силовой системы в локальной области. Показано, что предельное состояние силовой системы наступает, когда сумма взаимодействующих эффективных составляющих энергии от силового, фрикционного и теплового нагружения (с учетом процессов коррозии под напряжением, термической и трибохимической коррозии) достигнет критической величины – энергии разрыва межатомной связи. Экспериментальная проверка показала его практическую приемлемость.
Щербаков С.С. Моделирование повреждаемости методом конечных элементов при одновременном действии контактных и неконтактных нагрузок // Инженерно-физический журнал. –2012. Т. 85, –№ 4. –С 437–441.
Представлен сравнительный анализ результатов конечноэлементного моделирования повреждаемости твердых тел в окрестности их контактного взаимодействия при одновременном растяжении или сжатии одного из элементов контактной пары. Величины опасных объемов этих тел были рассчитаны суммированием объемов их конечных элементов, в которых среднее значение интенсивности напряжений превышает предел контактной усталости.
Щербаков С.С., Мармыш Д.Е. Cостояние поврежденности при сложном нагружении // Вестн. БГУ. Сер. 1. 2010. – № 2. – С. 103–106.
На основе модели деформированного твердого тела с опасным объемом рассмотрена методика определения поврежденности сложно нагруженной механической системы. Проведен расчет поврежденности трибофатической системы ролик-вал, работающей в условиях контактного взаимодействия и неконтактного изгиба. Показано значительное изменение поврежденности данной системы по сравнению с поврежденностью системы, подверженной отдельным видам нагружения