Розроблення методів чисельного дослідження контактної взаємодії складнопрофільних тіл з урахуванням нелінійних проміжних шарів

Автор(и)

  • Mykola M. Tkachuk Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут» вул. Кирпичова, 2, м. Харків, Україна, 61002, Україна https://orcid.org/0000-0002-4753-4267
  • Nataliia Skripchenko Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут» вул. Кирпичова, 2, м. Харків, Україна, 61002, Україна https://orcid.org/0000-0001-5324-9553
  • Mykola A. Tkachuk Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут» вул. Кирпичова, 2, м. Харків, Україна, 61002, Україна https://orcid.org/0000-0002-4174-8213
  • Andrei Grabovskiy Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут» вул. Кирпичова, 2, м. Харків, Україна, 61002, Україна https://orcid.org/0000-0002-6116-0572

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2018.143193

Ключові слова:

контактна взаємодія, варіаційний принцип Калькера, метод граничних елементів, шар Вінклера

Анотація

З метою забезпечення високих технічних характеристик машин різноманітного призначення необхідно підвищувати міцність найбільш навантажених та відповідальних елементів конструкцій, якими є складнопрофільні деталі у процесі інтенсивних контактних навантажень. Для випадку близької форми поверхонь контактуючих тіл стають важливими чинники, які раніше не враховувалися. Це, зокрема, нелінійна контактна жорсткість поверхневих шарів деталей. Відповідно, в умовах непроникнення контактуючих тіл замість традиційних лінійних компонентів з’являються також нелінійні. Для дослідження контактної взаємодії тіл із урахуванням такого типу обмежень розроблено новий метод дослідження напружено-деформованого стану та забезпечення міцності деталей машин різноманітного призначення на основі модифікації варіаційного принципу Калькера. Створено і застосовано нелінійні моделі поведінки матеріалу поверхневих шарів контактуючих складнопрофільних тіл. Дискретизація розв'язувальних співвідношень здійснена за допомогою розробленого варіанту методу граничних елементів.

Побудовані моделі контактної взаємодії поєднують в собі фізичну та структурну нелінійність. Це забезпечує більш адекватне визначення напружено-деформованого стану контактуючих складнопрофільних тіл у порівнянні з традиційними підходами. На цій основі досліджені особливості розподілу контактного тиску при варіюванні форми зазору та властивостей проміжного шару між контактуючими тілами. З урахуванням результатів такого аналізу у подальшому можуть бути запропоновані більш достовірні рекомендації із обґрунтування проектно-технологічних рішень, які, у кінцевому підсумку, забезпечують підвищення технічних характеристик машин різноманітного призначення

Біографії авторів

Mykola M. Tkachuk, Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут» вул. Кирпичова, 2, м. Харків, Україна, 61002

Кандидат технічних наук, старший науковий співробітник

Кафедра теорії і систем автоматизованого проектування механізмів і машин

Nataliia Skripchenko, Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут» вул. Кирпичова, 2, м. Харків, Україна, 61002

Кандидат технічних наук, науковий співробітник

Кафедра теорії і систем автоматизованого проектування механізмів і машин

Mykola A. Tkachuk, Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут» вул. Кирпичова, 2, м. Харків, Україна, 61002

Доктор технічних наук, завідувач кафедри

Кафедра теорії і систем автоматизованого проектування механізмів і машин

Andrei Grabovskiy, Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут» вул. Кирпичова, 2, м. Харків, Україна, 61002

Кандидат технічних наук, старший науковий співробітник

Кафедра теорії і систем автоматизованого проектування механізмів і машин

Посилання

  1. Johnson, K. L. (1985). Contact Mechanics. Cambridge University Press, 462. doi: https://doi.org/10.1017/cbo9781139171731
  2. Wriggers, P. (2006). Computational Contact Mechanics. Springer, 518. doi: https://doi.org/10.1007/978-3-540-32609-0
  3. Yastrebov, V. A. (2013). Numerical methods in contact mechanics. John Wiley & Sons, 392. doi: https://doi.org/10.1002/9781118647974
  4. Aleksandrov, V. M., Pozharskiy, D. A. (2004). Trekhmernye kontaktnye zadachi pri uchete treniya i nelineynoy sherohovatosti. Prikladnaya matematika i mekhanika, 68 (3), 516–527.
  5. Kalker, J. J. (1977). Variational Principles of Contact Elastostatics. IMA Journal of Applied Mathematics, 20 (2), 199–219. doi: https://doi.org/10.1093/imamat/20.2.199
  6. Tkachuk, N. N., Skripchenko, N. B., Tkachuk, N. A., Grabovskii, A. V. (2017). Contact interaction of complex-shaped details of engineering structures taking into account local compliance of the surface layer. Kharkiv: Individual proprietor Panov A.N., 152.
  7. Archard, J. F. (1957). Elastic Deformation and the Laws of Friction. Proceedings of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences, 243 (1233), 190–205. doi: https://doi.org/10.1098/rspa.1957.0214
  8. Nayak, P. R. (1971). Random Process Model of Rough Surfaces. Journal of Lubrication Technology, 93 (3), 398. doi: https://doi.org/10.1115/1.3451608
  9. Greenwood, J. A., Williamson, J. B. P. (1966). Contact of Nominally Flat Surfaces. Proceedings of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences, 295 (1442), 300–319. doi: https://doi.org/10.1098/rspa.1966.0242
  10. Bush, A. W., Gibson, R. D., Thomas, T. R. (1975). The elastic contact of a rough surface. Wear, 35 (1), 87–111. doi: https://doi.org/10.1016/0043-1648(75)90145-3
  11. Greenwood, J. A. (2006). A simplified elliptic model of rough surface contact. Wear, 261 (2), 191–200. doi: https://doi.org/10.1016/j.wear.2005.09.031
  12. McCool, J. I. (1992). Non-Gaussian effects in microcontact. International Journal of Machine Tools and Manufacture, 32 (1-2), 115–123. doi: https://doi.org/10.1016/0890-6955(92)90068-r
  13. Paggi, M., Ciavarella, M. (2010). The coefficient of proportionality κ between real contact area and load, with new asperity models. Wear, 268 (7-8), 1020–1029. doi: https://doi.org/10.1016/j.wear.2009.12.038
  14. Demkin, N. B., Udalov, S. V., Alekseev, V. A., Izmaylov, V. V., Bolotov, A. N. (2008). Contact between rough wavy surfaces allowing for the mutual effect of the asperities. Journal of Friction and Wear, 29 (3), 176–181. doi: https://doi.org/10.3103/s1068366608030045
  15. Demkin, N. B., Izmailov, V. V. (2010). The relation between the friction contact performance and the microgeometry of contacting surfaces. Journal of Friction and Wear, 31 (1), 48–55. doi: https://doi.org/10.3103/s1068366610010058
  16. Persson, B. N. J. (2001). Elastoplastic Contact between Randomly Rough Surfaces. Physical Review Letters, 87 (11). doi: https://doi.org/10.1103/physrevlett.87.116101
  17. Barber, J. R. (2003). Bounds on the electrical resistance between contacting elastic rough bodies. Proceedings of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences, 459 (2029), 53–66. doi: https://doi.org/10.1098/rspa.2002.1038
  18. Holm, R. (1967). Electric contacts: theory and application. Springer, 482. doi: https://doi.org/10.1007/978-3-662-06688-1
  19. Paggi, M., Barber, J. R. (2011). Contact conductance of rough surfaces composed of modified RMD patches. International Journal of Heat and Mass Transfer, 54 (21-22), 4664–4672. doi: https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2011.06.011
  20. Pohrt, R., Popov, V. L. (2013). Contact Mechanics of Rough Spheres: Crossover from Fractal to Hertzian Behavior. Advances in Tribology, 2013, 1–4. doi: https://doi.org/10.1155/2013/974178
  21. Tkachuk, M. (2018). A numerical method for axisymmetric adhesive contact based on Kalker’s variational principle. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 3 (7 (93)), 34–41. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2018.132076
  22. Goryacheva, I. G., Makhovskaya, Y. Y. (2017). Elastic contact between nominally plane surfaces in the presence of roughness and adhesion. Mechanics of Solids, 52 (4), 435–443. doi: https://doi.org/10.3103/s0025654417040100
  23. Tkachuk, M. M., Skripchenko, N. B., Tkachuk, M. A. (2016). Solving of problems on contact interaction of rough bodies using model of nonlinear winkler layer. Mekhanika ta mashynobuduvannia, 1, 3–14.
  24. Tkachuk, M., Bondarenko, M., Grabovskiy, A., Sheychenko, R., Graborov, R., Posohov, V. et. al. (2018). Thin­walled structures: analysis of the stressed­strained state and parameter validation. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 1 (7 (91)), 18–29. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2018.120547
  25. Atroshenko, O., Bondarenko, O., Ustinenko, O., Tkachuk, M., Diomina, N. (2016). A numerical analysis of non–linear contact tasks for the system of plates with a bolted connection and a clearance in the fixture. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 1 (7 (79)), 24–29. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2016.60087

##submission.downloads##

Опубліковано

2018-09-28

Як цитувати

Tkachuk, M. M., Skripchenko, N., Tkachuk, M. A., & Grabovskiy, A. (2018). Розроблення методів чисельного дослідження контактної взаємодії складнопрофільних тіл з урахуванням нелінійних проміжних шарів. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 5(7 (95), 22–31. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2018.143193

Номер

Том 5 № 7 (95) (2018): Прикладна механіка

Розділ

Прикладна механіка

Ліцензія

Авторське право (c) 2018 Mykola M. Tkachuk, Nataliia Skripchenko, Mykola A. Tkachuk, Andrei Grabovskiy

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.

Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.