Закономерности механики упругопластического контакта при больших конечных деформациях и некоторые их приложения тема автореферата и диссертации по механике, 01.02.04 ВАК РФ

российская академия наук ордена лениил сибирское отделение институт теоретической и прикладной механики

Р Г Б ОД

1 о июн 1994

На правах рукописи

. ' свщенко владимир николаевич

удк 531:531,43:539.374»621,777.2

закономерности механики упеутогшас тического ' контакта при еолиж конечных дефорвдйях И некоторое их приложения

Специальность "01,02.04 - Механика деформируемого твердого тела"

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора технических паузе

Новосибирск - 1994

Работа выполнена в Институте механики и машиноведения НАН РК, Научно-инкенерном центре нетрадиционных технологий ИА РК и Институте металлургии и обогащения НАН РК (г.Алма-Ата).

доктор технических наук, профессор М.Т.ШМШОВ (г.Алма-Ата).

член-корреспондент РАН, доктор физико-математических наук, профессор С.С.ГРИГОИШ (г.Москва);

доктор технических наук, профессор Г.С.МИШРШКО (г.Новосибирск);

доктор физико-математических наук, профессор Л.Ф.НИКИТЕНКО Jr.Новосибирск

Московский орденов Ленина, Октябрьской революции и Трудового Красного знамени Государственный технический университет шл.Н.Э.Баумана (г.Мсква).

Защити состоится && 1994 года в часов на

заседании Специализированного совета Д.003.22.01 при Институте теоретической и прикладной механики СО Г,'Л по адресу: 630090 г.Новосибирск-90, Институтская ул., дом 4/1. Институт теоретической и прикладной механики СО РАН.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института теоретической и прикладной механики СО РАН по адресу: 630090 г.Нопоси<5ирск-90, Институтская ул., дом 4/1,

Автореферат разослан «М- 06

Научный консультант: Официальные оппоненты:

Ведущая организация:

Ученый секретарь Специализированною вовета кандидат физико-математических на^рс"*

И.И.СЛИШ®.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РШУШ

Актуальность работы, Большинство положений механики деформируемого твердого тела благодаря системности исследований ряда поколений учешос-механшсоз являются фундаментальной основой для решения теоретических.и прикладных задач в различных областях науки и техники. Однако в иосленне десятилентия в связи о появлением широкого класса новых материалов, изделия из которых . изготавливаются при нагружении до больших конечных деформаций, упомянутая ветвь механики переживает переосмысление, а повседневная практика требует решения актуальных проблем современности.Одной из таких проблем, на которую обращается внимание в работах А.АДньшина, остается проблема, связанная с исследованием и прикладным использованием закономерностей механики упругоплаотическо-го контакта. Эта проблема является многоплановой, охватывает широка круг сложных научно-техничеосих направлений и для ео решения при больших запредельных деформациях необходимо создание надешых исследовательских комплексов, разработки эффективных методических решений и получения с их использованием системных данных относительно величин и влияния обратимых формоизменений опорных поверхностей различного назначения как на процесс деформирования нагружаемых объектов, так и точность методов определения кинематических и силовых параметров локальней области взаимодействия; изменяй реологических свойств раэноуцрочняшихся ¡материалов} развития кинематики течения на контакте и в объеме деформируемых оред; интенсивности распределения нормальных давлений и сил внешнего трения; описания различных моделей математическими зависимостями, адекватно отобращаицих физическую суть процессов при реальных условиях и схемах унругогшас.тического контакта.

Перечисленные сведения являются исходнкми не только для установления закономерностей механики взаимодействия опорный поверхностей о нагружаемыми объектами, но и определения зависимости компонентов деформации от величин смещения, решения дифференциальных уравнений равновесия совместно с условием пластичности, моделирования изменений различных параметров локальной области. Кроме то-о го, на основе перечисленных данных может осуществляться оценка возможностей различных методов исследований и разработка мероприятий по оптимизация и управлению развитием механики процессов ;

Цри передаче'давлений от одного элемента конструкции к другому, проведении прочностных расчетов, рассмотрении вопросов устойчивости, прогнозировании природных явлений, решении инженерно-технологических задач и выбора рациональных форм опорных поверхностей в машиностроении, горном доле, строительстве, порошковой металлургии, обработке металлов давлением, транспортной технике, три-бомехплике, сельскохозяйственных агрегатов.

Актуальность работы подтверждается тахке включением основных ее разделов в ряд постановлений Государственного комитета СССР по науке и технике Ш 193 от 24.04.73 г., 1« 170 от 30.05.75 г,,№ 354 от 15.07.83 г., И 417 от 3,12.88 г., И> 190 от 7.05.89 г., № 13 от 16,01,90 г.) по выполнению целевых межгосударственных программ и в координационные планы Национальной Академии наук Республики Казахстан на 1960 - 1995 г.г. Системные данные но решению проблемы, полученный за более чем тридцатилетний период исследований, послужили исходными при формировании нового научного направления по тематике, вошедшей в Комплексную программу научно-технического про*ч гресса СЭВ до 2000 года, Программу сотрудничества стран-членов СЭВ по экономии и рациональному использованию материальных ресурсов на период до 2000 года л ¡¡лая фундаментальных исследований ШТК "Порошковая металлургия" на 1986 - 1995 г.г. В связи с упразднением СЭВ научно-инженерные и технологические исследования по упомянутым направлениям продолжаются в рамках бюджетных тем, финансируемых Министерством науки и новых технологий Республики Казахстан.

Цель работы заключается в создании или усовершенствовании на уровне изобретений и широко апробированных специальных комплексов и методических решений, в постановке и проведении с их использованием системных .исследований, во-первых, по установлении закономерностей механики упругопластичес кого контакта при больших запредельных деформациях в зависимости от схем погружения, контактных условий, соотношений'геометрических размеров деформируемых сред, их формы, степени деформации и исходных материалов; во-вторых в приложении полученных данных -к решению теоретических и кшкенсрно-технологических задач. При этом от существующих тенденций,.когда .зо внимание принимаются установившиеся процессы, в диссертации представлены системные результаты по исследованию переходных процессов силового контактирования опор различного назначения с упругими, высокопрочными, пластичными и несвязными средами, начиная

с первичного касания и до переноса нагрузки на всю локалънув область взаимодействия.

Н а у н а я н о в и з и а работ состоит в создании оригинальных исследовательских комплексов, разработке новых шш совершенствовании на уровне изобретений существующих методов экспериментирования при переходе от простой через ряд промежуточных, к более сложной схеме погружения всевозмодных объектов и получения с использованием разработанных методических решений системных данных по различным аспекта;.! механики упругопластического контакта и прежде всего таких, как :

- величины' и влияние обратных формоизменений опорных поверхностей на развитие процессов при реальных условиях нагружения сред;

- сопротивление пластическому деформированию и усредненные нормальные напряжения при деформации широкого класса материалов;

- трансформирование формы и размеров контактных зон и внутренних областей в нагружаемых объектах;

- изменение нормальных давлений, сил внешнего трения, контактных напряжений и их интегральных величин;

- аналитико-эмшричсскиэ зависимости, адекватно отображающие физическую сущность процессов, в случае моделирования изменений кинематических и силовых параметров при различных условиях и схемах деформирования;

- приложения установленных закономерностей механики.упругопластического контакта к решению теоретических и инженерно-технологических задач во всевозможных областях науки и техники.

Достоверность полученных результатов подтверждается корректностью постановки и проведению исследований по решению, искомой проблемы, тщательностью подготовительных мероприятий, применении созданных или усовершенствованных на уровне изобретений специальных комплексов и экспериментально-аналитических методик, современному аппаратурному оформлений, отрогой последовательностью в проведении исследований переходных процессов от прсс того к сложному и совпадением в частных случаях системных данных работы с теш разрозненными сведениями, которые имеются в технической литературе. 0

Публикации. В полной мере экспериментально-теоретические результаты диссертации освещены в 205 работах, в том числе 3 монографиях, 7 брашюрах, 157 статьях, 17 авторских свидетельствах, 21 научном отчете по бюджетным и хоздоговорным темам.

О ъ е м и структура. Работа состоит из введения, шести глав с основными вазодами, списка литературы, приложения документов и таблиц. Она включает 487 страниц,,в том числе 279 страниц основного текста, 128 рисунка, списка литературных источников из 463 наименований, 5 документов по практической реализации полученных данных и 23.таблицы.

Апробация. Результаты работы за период 1962-1994г.г. доложены и обсуждены на 7 Международных, 25 Всесоюзных и 27 Республиканских научно-технических форумах, а также ежегодных институтских семинарах. Среди этих форумов непосредственно относящихся к механике являются: 1У Казахстанская научная конференция по математике и механике (г.Алма-Ата, 17-21.09.71 г.), 1У Всесоюзный съезд по теоретической и прикладной механике (г.Киев, 21-27.05.76 г.), Всесоюзная конференция по механике наземного транспорта (г.Днепропетровск,' 26-28.05.77 г.), Всесоюзная шкапа по механике деформируемого твердого тела (г.Куйбышев, 2G.05-5.06.78 г.), Всесоюзная конференция по механике сплошных сред (х.Ташкент, 16-18.05.79 г.), У Всесоюзный съезд по теоретической и прикладной механике (г.Ллма--Ата, 27.05-3.06,81 г.), 2У Национальный конгресс по теоретической и прикладной механике (г.Варна, 14-18.09.81 г.), У1 Всесоюзный съезд по теоретической и прикладной механике (г.Ташкент, 24-30 сентября 1986 г.), 1У Всесоюзной конференции по механике полимерных и композитных материалов (г.Рига, 18-20.11.86 г.), Сибирская школа по современным проблемам механики деформируемого твердого тела (г.Новосибирск,(29,02-4.03.88 г.), Всесоюзная школа-семинар по механике деформируемого твердого тела (г.Куйбышев, 5-7,09.89 г.), Международная научно-техническая конференция по актуальным проблемам фундаментальных Наук (г.Москва, 28.10-1,11.91 г.), Международная научно-техническая конференция по актуальным проблемам механики деформируемого твердого тела (г.Алма-Ата, 21-24.06.32 г.), Научная сессия Отделения физико-математических наук НАЛ РК по проблемам развития механики и машиностроения в Казахстане (г.Алма-Ата, 22-24.11,92 г.),.УЛ Международная'конференция по механике композитных материалов (г.Рига, 22-24.04.93 г.), Объединенное заседание

Секция прикладных проблем при Президиуме НАН РК, Института механики и машиноведения НАН РК, Научно-шшенерного центра нетрадиционных технологий М РК и Института металлургии и обогащения НАН РК (г.Алма-Ата, 17,09.93 г.).

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАГСТН

Во введении обосновывается актуальность проблемы но решению ряда сложных комплексных задач, дается общая характеристика и .современнее состояние вопроса исследований, формулируется цель и направления научно-практической реализации системных данныхприводятся теки межгосударственных программ и республиканских координационных планов поэтапного проведения исследований, а также приводятся основные сферы приложений результатов работы.

Б первой главе "Современные представления о механике упругопластического контакта" на основе анализа литературных данных отмечается, что при различных условиях к схемах нагружения разноупрочнящихся и -несвязных объектов развитие механики процессов в локальной области взаимодействия определяется- упругими формоизменениями опорных поверхностей, сопротивлением материалов пластическому деформированию, кинематикой течения на контакте и в объеме нагружаемых сред, интенсивностью распределения нормальных давлений и сил шекшего трения. При этом не случайно в фундаментальных трудах исследователей, занимающихся решением теоретических и инженерно-технологических задач в области больших пластических деформаций, перечисленным вопросам уделяется особое внимание. С учетом изложенного в ряде параграфов первой главы и рассматриваются литературные данные по каждому из этих направлений.

В первом параграфе "Внешнее трение, нормальные давления, контактные напряжения и метода их определения" анализируются данные по изменениям условий трения при упругих, малых улругопластических и больших запредельных-деформациях. При этом отмечается, что в случае развития последних механика всех процессов более сложна и здесь в результате действия значительных нагрузок и проявления атермического аффекта, наблвдаются такие особен- о ности, как.упрочнение и изменение исходных свойств материалов,, обновление контактных поверхностей, большая-площадь фактического взаимодействия в сравнении с номинальной, заметная анизотропия в кинематике течения и интенсивности распределения контактных напряжений «др.

Несмотря на эти особенности часто внешнее трение при больших .конечных деформациях рассматриваются с позиций упруго» контакта. Однако последнее допустимо лить в приложении к зоне прилипания (сцепления), где получают' реализацию обратимые формоизменения. Что же касается зоны скольжения (проскальзывания), то в ней многие положения трения соверпенно не приемлемы. В отой связи важно получение надежных данных по силовым параметрам при различной ки-нематйке течения деформируемых сред. Из литературных данных следует, что используемые при запредельных деформациях методические решения в большинстве случаев имеют существенные недостатки, а в других - непригодны для определения нормальных давлений, и сил внешнего трения. Такое положение указывает на необходимость создания новых или совершенствование существующих методов экспериментально-теоретических исследований.

Во втором параграфе "Кинематика течения на контакте, свободных поверхностях и в объеме деформируемых тел", исходя из рассмотрения литературных сведений констатируется, что при больших конечных деформациях иаблвдается значительная неравномерность формоизменений нагружаемых сред. Признаками этого , служат зоны скольжения и прилипания на контакте, бочкообраэование на свободных поверхностях и области с различной интенсивностью течения во внутреннем объеме. В ряде работ отмечается, что развитие кинематических процессов зависит от контактных условий, соотношения размеров, формы, степени деформации и материалов деформируемых тел. Что же касается полноты изученности механики этих процессов то, хотя сущность некоторых из них и ясна, -в целом происходящие процессы даже при простой схеме погружения количественно не охарактеризованы. При этом одни исследователи считают, что с увеличением исходных соотношений размеров деформируемых объектов и степени обжатия зона прилипания уменьшается,' другие - придерживаются противоположного мнения." Согласно же данным небольшой группы авторов зона прилипания вообще не зависит от геометрических размеров нагружаемых тел. Такая противоречивость суждений объясняется несовершенством применяемых методических решений и измерителей, различием условий экспериментирования, незначительным диапазоном варьируемых факторов и малым количеством исследованных случаев.

В • т< р о т ь з м параграфе "Обратимые формоизменения опорных поверхностей при взаимодействии с пластичными сре-

дамп" анализируются литературные сведения, относящиеся к упругим формоизменениям опорных поверхностей в процессу их работы. IvaK известно, опоры при решении прикладных вопросов зачастую принимаются абсолютно недеформирущимися. Подобное допустимо при развитии малых упругопластических дефолиаций в нагружаемых толах. Однако в случае достижения больших запредельных деформаций такой подход не позволяет учитывать роашше процессы и препятствует повшаеиию точности изделий, поскольку допуски на многие из них и

Г '

упругиеискаления опорных поверхностей яиллстся величинами одного порядка. Свидетельством тому служит илоскосшол чоканка, тонколистовая прокатка и различные схемы Jî rsiu у.юд е ito тел л опор с трудно-деформируемыми, вязкопластичнымн и несвязниш среда:.®, Из рассмотрения литературных данных следует, что работы по различным аспекта-) упругих формоизменений опорных поверхностей ири запредельных деформациях нагружаемых сред, развисайтея по ряду направлений«

В работах одной группы авторов описываются способы возможного снижения влияния обратимых искажений опор на развитие механики упругопластического контакта. В то se время в ряде исследований рассматриваются такяа еще и вопросы аналитического определения упругих формоизменений опорных поверхностей различного назна- • чения. Кроме того, в технической литературе представлены теоети-ческиэ разработки, баэирутяциеся на положениях, высказанных Буосй-неском, Герцем и Хичкоком, Общим недостатком всех перечисленных направлений является необоснованность принятых во внимание эпюр контактных напряжений и формы площади касания, а также отсутствие какого-либо учета соотношений размеров взаимодействуют объектов. Все ото указывает на необходимость проведения комплексных исследований по установлению фактической картины упругих формоизменений опорных поверхностей в" процессе работы и установления приемлемых способов их учета при проведении паучник и инженерно-технологических изысканий.

В четвертом параграфе "Заключенно и основные направления исследований по решению проблемы" подводятся итоги анализа обширных по объему литературных данных. При этом отме-

е»

чается, что имеющиеся сведения в приложении к задачам с упругими и малыми упругопластическимИ деформациями нагружаемых сред,достаточно обоснованы, отвечают современным требованиям и явяяФтся фуп-цаментальной основой для приложений. Что же касается,случаев взаи-

модействия опорных поверхностей с разноупрочнягацимися объектами, когда в последних развиваются большие конечные деформации, то здесь представления о внешнем трепии, нормальных давлениях, сопротивлении материалов пластическому деформированию, кинематических параметрам, упругих формоизменениях опорных поверхностей и методах исследований отрывочны, а подчас и противоречивы.

Исходя из фактического состояния исследований, в заключительной части первой главы отмечается, что работы по решению искомой проблемы должны быть направлены на создание эффективных исследовательских комплексов, разработку надежных методических решений и получении с их использованием системных данных относитель но:

1. Величин и влияния обратимых формоизменений опорных поверхно стей на развитие механики упругопласткческого контакта.

2. Сопроишления разноупрочняадихся материалов пластическому деформированию в процессе их нагружения.

3. Возникновения, трансформирования и размеров контактных зон, бочкообразования и-внутренних областей в деформируемых средах.

4. Изменения сил внешнего трения, нормальных давлений, контакт них напряжений и их интегральных величин.

5. Установление аналитико-эмгшрических зависимостей для математического описания изменений различных составляющих кинематических и силовых параметров локальной области взаимодействия.

6. Эффективного приложения закономерностей механики упруго-пластического контакта к решению актуальных теоретических и инженерно-технологических задач*

В о ваТ. о рой г л а в е "Исследование взаимодействия опорных поверхностей и разноупрочнягацихся деформируем!«: тел при осевом погружении" отмечается, что на начальном этапе работ важен выбор наиболее простой схемы нагружения, поскольку невоэмож-норас1фыть сущность механики процессов при сложных схемах не изучив их при наиболее простой. К последней относится осевое сжатие. Эта схема служит классической при определении механических свойств всех материалов, широко применяется как самостоятельная технологическая операция и является начальный этаном многих процессов пластической обработки металлов. С учетом изложенного в четы-

рех параграфах второй главы -списываются системные данные по основным аспектам механики упругопластического контакта при упомянутой схеме деформирования.

В первом параграфе "Упругие формоизменения опорных поверхностей при пластическом сжатии опытных тел" представлены -результаты исследований по установлению влияния различных факторов на обратимые деформации опор, развитие всевозможных процессов' и явлений в локальной области контакта. При этом, исходя из 'положений механики,- последовательно рассматриваются упругие формоизменения опорных поверхностей при нагружении деформируемых тел круговой и эллиптической форм в случаях, копда наблвдается равномерное распределение нормальных напряжений, когда эпюра последних представлена ординатами половины эллипсоида и когда нормальные напряжения изменяются отб>- на краях образцов и до та наибольших величиной в центре. Разработанные при этом аналитические решения и полученные с га использованием результаты свидетельствуют о том, что при действии определенных нагрузок и различных условиях на контуре даже при изотропном распределении нормальных напряжений наблвдается неравномерные обратимые искажения опор.

Кроме того, из полученных данных следует, что аналитические методы позволяют не только устанавливать упругие формоизменения'-. опорных поверхностей, но и оценивать зависимость их развития от граничных условий, нормальных давлений, сил трения, геометрических размеров и прочностных свойств взаимодействующих объектов. Однако учитывая, что разработанные методы основываются на положениях механики по взаимодействию деформируемого тела о упругим полупространством важно было установить их корректность в случае опор конечных размеров. Системные данные экспериментов с использованием наглядного сгереофготографического и точного - тензометрического методов не только в основном подтвердили результаты теоретических исследований, но и позволили установить ряд ранее; неизвестных явлений и с учетом этого произвести необходимые корректировки аналитических зависимостей. При опнхах, в частности, выяснилось, что в объеме опор развиваются две специфические области: одна - непосредственно под областью контакта о деформируемым телом, а другая,- ° является своёго рода охватывавшим банд атом. Их развитие и размеры в основном определяются соотношением геометрических параметров контактирующих поверхностей. В отличие от этого в опорах с раэъе-

мом обнаруживается развитие 'иного типа упругих формоизменений ~ изгиб половинок и одновременное перемещение части материала под деформируемым телом к центру и шиз по разъему.

Именно, прг.иптчю во внимание упомянутых факторов позволили при исследованиях установить реальную тартину развития механики явлений, но и разработать эффективный способ заметного уменьшения упругих искажений опорных поверхностей. При экспериментах также ус тановлено, что хит оценю: обратили формоизменений опор необходимо учитывать не просто геометрические размеры, а соотношение диаметре взаимодейству вдгх объектов. С учетом этого в теоретические зависимости введен, установленный опнтнш путем, коодфащепт формы /?г. После корректировки ан«ллтико~эг.гаирг.ческио решения но определению упругих искажений опорных поверхностей в аксиальном и радиальном V направлениях л'.;сюг следующее далноаш;е:

^ ъЬ Ь 4 **)]; % - ;

Таким образом, проведенные в первом параграфе второй главы $к следования позволили, во-первых, установить механику развития обрг тимых формоизменений спор в зависимости от различных факторов; во-вторых, предложить приемлемые для практического использования зависимости по определению составляющих упругих деформаций опорных поверхностен в аксиальном и радиальном направлениях при всевозможных условиях упругопластического контакта; в третьих, разработать эффективный способ снижения обратимых искажений опор, основанный на способе бандажирования; в четвертых, повысить контактную прочность и износостойкость опорных поверхностей в результате применения нетрадиционного способа - лазерного легирования.

Во втором п а р а г р а ф е второй главы "Сопротивление разноупрочняющихся материалов пластическому деформированию" учитывая, что в механике расчеты на прочность и инженерно-технологические решения за пределом упругости основцпа^гел на данных по изменениям истинных напряжений точения <Г5 исходных материалов и интегральных величин нормальных напряжений <г,,, а также необходимости получения но ним кодаишх данных, в начале исследований произведена опытная апробация возможностей наиболее распространенных

в экспериментальной практике методов их определения. На основе результатов широкомасштабна опытов выбран и уссвершенотвоьан метод наложения кривых напряжений течения. В качестве деформируемых тел, как и во всех описываемых исследованиях, используются образцы из большой гаммы промышленных материалов (свинец CI, алюминий AI, медь MI, латунь ЛЭО, бронза КМц 3-1, стали 10, 20, 40,3X23, 5Ш.1, I2/J13M, 4QXMB л др.) со значительным диапазоном изменения соотношений исходных размеров (начальный коэффициент контакта

или #/=.4/4« изменяется от 0,5 до 30). При экспериментах состав" 0'(л*яел tisi.1 .

лящие силовых.параметров высокоточными приборами, а текущие размеры деформируемых тел, радиусы концентрических окружноет.ей на их торцах, приведенные площади с использованием измерителей первого класса точности и следуилих зависимостей:

Met* rfo/4, О - г)У7-Г ■>

В процессе опытов получены системные результаты, в тем числе и по изменениям отношений интегральных ве.'.'ичин нормальных давлений к истинным напряжениям течения материалов - m ), Из рассмо-

трения графических зависимостей следует, что при любнх образцов конечные величины M для определенного материала оказываются идентичными, если в процессе опытов достигаются разные значения текущих //V . Иа данных также следует, что при деформировании образцов до £ = 8-10$ (при. экспериментальных исследованиях степени деформации меняются от 0,5 до 95$) из цветите метатлоз и сплавов изменения /tr заметно возрастают, затем вплоть до £ = 15-17$ остаются практически неизменным.'»!, з с повышением обжатий непрерывно увеличиваются. Подобное прослеживается при деформировании. образцов почти из я>сех цвет- -них материалов, хотя интенсивность изменения ht для каждого из них и различна. Исключение составляют данные по нагруяени» деформируемых тел из неупрчнпнцегосл сгинца, поскольку установлено, что величины hx зависят в основном от процессов упрочнения и разупрочнения используемте материал«!в.

Описанные закономерности присуьчл и опытным результатам, полу и . ченных при осевом сжатии образцов и? сталей, хотя здесь наблгДшэт-ся и свои особенности. Так, в случае деформировании тел из стали 5 значения tn увеличиваются до £ - 40$ п зате-п остякчг-я практически неизменными. Подобное лросло*пгпе,гся также при использовании в экспериментах образцов и из других сталей. Причем в случае иагруке-

ния таких осесимметричных тел из сталей 40 и 40хмв соответственно после обжатий 60 и 75$ происходит даже уменьшение м. , Последнее свидетельствует о превалировании здесь процесса разупрочнения над упрочнением. в то же время при деформировании образцов из стали зх2в наблвдается повышение , указывающее на преимущественное развитие упрочнения. Полученные данные имеют научно-практическое значение не только в приложении к инженерно-технологическим эада-чам, но и в расширении представлений о механике упругопластическо-го контакта. Однако следуег иметь в виду, что определение &ср и (Гя опытным путем связано с большими затратами и ресурсов и времени. в этой связи важно также имэть надежные теоретические решения. На практике для указанной цели применяются известные уравнения Э.Зибеля, Е.П.Унксова и И.Я.Тарновского, представляемые обычно в следующих написаниях:

-- е-5 [г i - »*)№<** \;

Из анализа возможностей этих уравнений следует, что получаемые с их использованием данные с большими погрешностями применимы лишь для случаев деформирования образцов сИл 4 8-10, а при других условиях нагружениг; расчетные величины есг имеют неудовлетворительную сходимость с экспериментальными результатами. Последнее вызвано тем, что представленные зависимости никак не учитывают влияние упругих формоизменений опор, а оценка других условий и геометрических факторов производится лишь через ,

аг2 и £ .В этой связи для практических приложений целесообразнее использовать зависимость ©С/» = , скорректированную на основе опытных данных. .Такой вывод вполне правомерен, поскольку представленные ваше уравнения имеют с ней идентичную структуру. Различие заключается лишь в три, что члены в скобках этих уравнений не учитывают реальных условий упрутоллаотического взаимодействия, а значения/« установлены в процессе тщательно прове-ных экспериментальных исследований.

Таким образом, при проведении работ, описанных во втором параграфе второй главы, во-первых, не только установлены возможности существующих методических решений, но и усовершенствован спо-

ооб положения кривых напряжений течения; во-вторых, с его использованием проведены опыты по определению ог/> и 6*5 наиболее распро-. страненных в практических приложениях разиоупрочнящиеся материалы; в третьих, оценены возможности известных уравнений, моделирующих изменения интегральных величин нормальных напряжений и сопротивления цветных и черных металлов пластическому деформированию и на основе системных экспериментальных данных найдены поправочные -коэффициенты.

В третьем параграфе второй главы "Кинематические параметры при пластическом сжатии деформируемых тел" описываются методические разработки по комплексному исследованию развития контактных зон, трансформирования внутренних областей, бочкообразования свободных поверхностей и других кинематических явлений при нагружении темя ле опорами образцов подобно использованным в предыдущих опытах. При этом для установления начала скольжения контактных слоев деформируемых тел используется условная единица <9 с*, а для оценки развития зон скольшения к прилипания соответственно характеристические коэффициенты¿/^ / р и

/Р • Объем бочкообразования определяется согласно равенству б' . В процессе экспериментов получено значительное количество данных в зависимости от варьирования различных факторов.

Так, при осевом сйатяи высоких образцов (0,5) грубообра-ботанннми опорными поверхностями, когда на механику процессов оказывают влияние максимальные силы трения, вся торцевая часть деформируемых тел представляет зону прилипания. При этих условиях возрастание контактной плсцади происходит за счет истечешь металла из внутреннего объема и его перехода с боковых сторон на торцы, а после определенных обжатий наряду с прилипанием развивается скольжение, В случае погружения образцов с умеренными и малыш высотами (соответственно Иы* - 1-7 й 8-30) все кинематические процессы развиваются интенсивнее и при заметно меньших обжатиях. При незначительном влиянии внешнего трения (деформирование шлифованными опорами) скольжение контактных слоев нагружаемых тел начинает проявляться о увеличением степени обжатий, соотношений начальных размеров, исходного сопротивления деформированию материалов и тем ин-? теноивней," чём значительней каждый из перечисленных факторов. При условии наименьшего влияния внеинего -¿рения (осевое сжатие» полированными опорами со смазкой) независима от размеров и форм нагружаемы?; тел уже при небольших обжатиях вся локальная область взаимодействия охвачена скольжением.

Развитие кинематических изменений Fía контакте существенно сказывается не только на бочкообразовашш, по и на трансформировании областей с различной интенсивностью течения металла внутри объема деформируемых тел. Благодаря тщательному проведения больного количества исследований (продефоршррвано свыше десяти тысяч разнообразных образцов только из одного свинца), кроме получения системных данных rio различным составляющим кинематических параметров в зависимости от контактных условий, соотношений геометрических размеров и формы образцов, степени их обтатич и исходных материалов, построены такие обобщенные диаграммы. Но этим диаграммам, не проводя специальных. экспериментов, а используя лишь реальные входные даяние можно предопределить изменения кинематических параметров при тех или иных условиях упругопласти-ческого контакта взаимодействующих объектов.

Таким образом, в результате крупномасштабных исследований кинематики течения ¡три оловом пагружпшш р-итоупрочткщюся тел с использованием нетрадиционных методичсеют решений и в зависимости от всех основных факторов, во-лервнх, установлены изменения контактных зон скольжениями прилипания; вс-вторых, изучена картина бочкообразовашш и трансформирования областей по внутреннем объеме; в третьих, определены относительные величины диаметральных и высотных перемещений металла д*$ормиру«м«х образцов; в четвертых, построены обобщенные диаграммы соотношений различных зон для практических приложений в тех обл-пстяк науки и техники, которые связаны с большими запредельными деформцияг.га нагружаемых тел.

В четвертом п а р а г р а ф о второй глшпг "Математическое моделирование изменений силовых и кинематических параметров в процессе пластического сжатия" представлены всесторонне апробированные теоретические решения для определения различных составляющих как в предельных, так и общем случаях развития механики упругошсастического контакта. Эти разработки произведены с учетом реальной кинематической картины, а также утвердившиеся представлений относительно распределения напряжений на свободных и контактных поверхностях деформируемых тел. В основу решений заложен метод решения дифференциальных ^рояненнй равновесия совместно с условием пластичности. При указанном подходе установлены аналитик.о-пмпирическип зависимости для определения нормальных напряжений соответственно в почах cKwu^.enn»! и npiuutnnmn:

а также интегральных величин нормальных напряжений соответственно при полном скольжении, полном прилипании и одновременном развитии скольжения и прилипания в локально;! области взаимодействия опор-с дефорш руемш-ш твердьми телами';

Исходя из уравнений по определению интегральных величин нормальных давлений душ предельных и общего случаев нагружешш, установлены таюте зависимости изменения полных, давлений. Последнее осуществлено путем деления соответствующего па фактическую площадь контакта. Во всех случаях следует иметь в виду, что моделирование изменений силовых параметров представляет лишь одну сторо1!у решаемой проблемы, другой - является использование приемлемых уравлешШ для определения кинематических составляющих процесса нагружения. С этой целью установлены апалитико-эмяирические зависимости, позволяющее определять на контакте деформируемых тел

/> г> ¿0$'/V ) 10

относительные размеры зоны прилипания1 ) , зон» сколь-кения^, I. ) а тагае во ^внутреннем их объеме плоцадеН области затрудненной де рормздил

области растягивающих напряг* ени!

и области интенсивного терния.

Таким образом, на основе комплексного использования фундаментальных положений механики и системных дашых по нагружелия опора-гли разноунрочнящнхея сред по схепе осевого сжатия, во-первых, предложены методы эффективного определения нормальных давлений, коятактшк лачрлже;:кй и их интегролышх б- личин для общего и предельных случаев' трансформирования кинематических условий; во-вто- . рых, с учетом соотношений размеров деформируемых тел, степени лх обжатия, моханичеслгас овойстг иетолпнх материалов я контактных условий установлены зависимости для аналитического определения ' различных составляющих юшематическах параметров.

В третьей главе "Установление механики вэапм-действяя аксиально вдавливаемых опор с подстилающими средами" представлены обашрные зксНериментаяьно-теоретические результаты исследований широкого круга вопросов упругопластического контакта при упомянутой'схеме нагружения. Необходимость в проведении этих работ вызвана тем, что ахспальто вдавливание служит эф)ек-тивной схемой изготовления нрессформ из высокопрочных материалов и реализуется при эксплуатации колон и фундаментов.в инженерных сооружениях, искусственных целиков и подкрепляющее конструкций в горном деле, при эксплуатации штампов в порошковой металлургии, прошвнеК в обработке металлой давлением, работе нижних частей стопы биологических особей, опорных поверхностей движителей транспортных средств и сельскохозяйственных агрегатов. Учитывая широкое разнообразие сфер практического использования схс-мн аксиального вдавливания систешгае исследованип проведены при взаквдейст-вид опорных поверхностей различного назначения с высокопрочными, • пластичными и н^ончзпыш средами.

В первом параграфе "Результаты исследований механики упругопластического контакта при деформировании твердых тел вдавливанием" вначале описываются данные экспериментов по оценке возможностей традиционных схем погружения. При этом установлено, что наиболее аффективная пластическая обработка материалов, в том числе и высокопрочных, может .быть достигнута при приближении аксиального нагружения к условиям пдавливания с наложением идеального всестороннего сжатия. Последнее наводит подтверж- . дение и в технической литературе, в которой отмечается, что при создании предпосылок всестороннего сжатия даче труднодеформируе--мне и хрупкие в обычных условиях материалы приобретают ресурс пластичности. Для практической реализации-подобный условий необходимо было, с одной стороны, сконструировать и изготовить специальную установку высокого -давления, а с другой - предусмотреть возможность облегченного деформирования высокопрочных материалов. Опыт с разрезными опорами показывает, что этому могут способствовать встречные полости и приемные'камеры в нагружаемых телах.

С целью достижения упомянутых условий создана установка высокого давления, решены методические вопросы "определения садовых и кинематических параметров при оекгчном аксиальном вдавливании, а также при наложении на процесс деформирования твердых тел высокого гидростатического «давления, Подученные данные ошдетольствуюг о

том, что п случае оксперлментов' с давлением жидкости, с одной сто- ' рош происходит"упрочнение" внедряемой опоры, а с другой - повышается ресурс пластичности глагериапа образцов, а благодаря наличии в них облегчгшцих камер и веточных полостей реализуется более "мягкая" схема напряженно-деформированного состояния. Причем, когда при определенных условиях сопротивление материала пластическому деформированию за счет каких-то факторов снижается, то наложение гидростатического давления проявляется эффективнее. В то же время при'увеличении сопротивления деформированию образцов в результате уменьшения исходного диаметра облегчающей камеры и увеличении толщины нермнчек встречных полостей нагружаемых тел влияние гидростатического давления оказывается менее заметным. Последнее также следует и из условия пластичности, согласно которому в случае наложения на процесс деформации определенного глдроста'пгческо-го давления на большие напряжения их. разность не очень возрастает п наоборот. С учетом полученные данных не только решены вопросы механики упругонластического контакта, но и разработаны научно-технологические основы применения схемы аксиального вдавливашгя к пластической обработке разноулрочнящихся материалов.

Таким образом, при подготовке и,проведении исследований-механики упругопластического взаимодействия в процессе вдавливания опор в.деформируемые тела из различных материалов, во-первых, произведена оценка возможностей традиционных механических схем к установлено, что наиболее эффективная пластическая обработка здесь достигается при приближении условий деформации к идеальному все-сторотгему сжатию; во^втерых,' на уровне изобретений создана и : апробирована универсальная установка высокого давления; в третьих, решены методические вопросы определения силошх и кинематических параметров при варьировании разлитых факторов; в четвертых, про- . ведены системные исследования при обычных условиях аксиального на-гружения дефор'.'лруемж тел и наложении на этот процесс гидростатического давления; в пятых, разработаны научно-технологические основы применения схемы аксиального вдавливания для пластической обработки обычных и высокопрочных материалов.

С

Во в'т о р с м н а р а г р а ф) е третьей главы "Изменение механики'взаимодействия опор различной конфигурации с несвязными средами" представлены результаты экспериментально-теоретических исследоБангтл до установлению исходного сложения и основных схем взога.'одп?стт?пл частиц екнучих материалов (различные пески,

металлические ñopos:,'cu и др.), no изучению условий сближения, по определению фактической площади контакта, по выбору оптимальной конфигурации рабочих частей вдавливаемых опор, rio определению кинематических и силовых параметров, а гагао по установлению влияния на их изменения глубшш вдавливания н интенсивности распределения поставляющих нагрузки.. Необходимость и проведении упомянутых исследований вызвана тем, что традиционные подходы к. решению задач, относящихся к аксиальному взаимодействию спор с несвязными средами малоэффективны, поскольку' основываются на далеких от реальности модельных представлениях. По зтоЛ причине в литературе отсутствуют надежные данные по механик^ взаимодействия спор различного назначения с несвязными среда;®.

При проведении описываемых исследований использован способ, защищенный авторским свидетельством, при котором нет необходимости прибегать к различного рода условностям. Идя ого практической реализации создан специальный комплекс, п тин згепориментах в качестве несвязных сред применяются кюталлпчечюю пороки и ооловыс пески. Многочисленные данные, ntcynnuuiR при опытах, позволили выработать рекомендации по управлению кинематикой течения и распределении составляющих усилий тдипинвалид,,направленного распрт» странения перемещений частиц на гдубкнине одой с уплотнением несвязной среды и развитием в ней устойчивого "жесткого" ядра. Результаты исследований подтверждая, что подобный подход дозволяет изменять мобшшзашюиннч характеристики сыпучих материалов. Кроме того, из получош'чх данных олодует, что разработка мероприятий по снижении удельных давлений в процессе взаимодействия различных опор с несн^зяими средами не является, гак это общепринято, определяющим в вопросах сохранения ео первичной структуры и мобилизационных опосббпостей.

Таким образом, во втором параграфе третьей главы при проведении исследований, яо-п«рвых, п]юизт?едены методические разработки, предложен ¡г практически реализован способ н?п"ередствешюго определения кинематики течения, силовых параметре»" и напряженно-дефор:* гпрованного оеотоянил п лота/гт-гюй иПляатп контакта; во-вторых, систематизированы возможнее структуры и схемы аг.чжлодеШзтяия частиц несвязных о.ред; в тгеггпх, со'гд-ан спенлальныи комплекс и методические решения, позволяющие в процессе вдавливания в сыпучие среды опор различного назначения изучать условия обличения, фиксиро-

вать нзминения фактической площади контакта и исследовать развитие кинематики течения п зависимости от конфигурации рабочих частей опор, контактных условий, распределения составляют« нагрузки, глубины вдавливания и дисперсионного состава сыпучей оредп; в четвери«, проведены системные эксперименты По установлению механики взаимодействия оноргп« поверхностей различного назначения о несвязными материалами и апробированы способы управления их мобилизационными характеристиками.

В третьем параграфе третьей главы "Теоретические разработки по определению параметров дорсальной области взаимодействия при аксиальном вдавливашш", основываясь на результатах системных исследований д анализа литературных данных использован метод решения дкф^еренпиатынгл уравнений рпвнсвесш совместно с условиям пластичности л фактические результат» ¡экспериментов. Благодаря такому подходу для схемы аксиального лдавтивания опоры в деформируемое тело с наложением гидростатического давления выведены уравнения, позволяющие моделировать изменения'контактных напряжений. усилий^вдавливания л интегральных величин нормальных давлений,-представленных соответственно в написании:

■¿V ¿ярд, (волгг + - Г^-* ^ ;

Р г [2 + т»** -(1* <-Иы,гЪ~] -

бу * ' !Ьс«т ({ г) К А >Лс1„'Ь] *

Как показывают исследования, при практическом использовании этих цналнтико--эмп:трических зависимостей получаются данные, которые в хорошем приближении согласуется с ¡экспериментальными результата:.«!.

Тащил образом, л процессе теоретических изысканий установлены^ пряемлрмые для практических приложений решения для определения составляющих олловда параметров при различных условиях аксиального вдавливания опор в, деформируемые среды. Разработка этих решений основывается на положениях механики и дачных системных экспериментальных исследований, а в комплексе с аналитическими зависимое тяг.-й но распределению составлявших нагрузки примешали татс-0 же и к несвязным средам. Последнее вполне допустимо благодаря эффекту заглубления и созданию пригрузки в локальной области взаимодействия проявляется заметное влияние гидростатического давления.

В ч о т в о г о й главе "Определение мехышси взаимодействия опор к деформируемых тел по охеме.сжятия-одпш'а'' учитывая, что упомянутая схема является классической при определении трибометрических характеристик в нроцеосе испытания,материалов на тренно и нанос, находит также широкое распространение при развита природных явлений, применяется при изготовлении деталей штамповкой о проталкиванием, используется в передаточных звеньях исполнительных органов машш л роботизированных комплексов, служит основной схемой нагружонин при определении сил внешне го трения в процессе контактировании, «пор о нагругкаог"ЗД средами - проведена значительные по объему 'комплексные исследования. При этом, в отличие от традиционных подходов, фиксирование всех параметров . производится не в завершающей стадия опытов, a при развитии переходных процессов. Подобный подход предопределяет необходимость использования в качостве исходных те данные, которые были нолуче-. кыпри экспериментах по псовому сжатию. 13 этой связи в опытах но схеме окатия~сд1шга в тех же пределах варьируются геометрические размеры образцов, походные материалы, птонени деформации, чистота .механической обработки рабочих частей опор и др.

D и о р в о м u а р а г р а ф е четвертой главы "Основные предпосылки механики упругоплаотичрекого контакта при сжатии-сдвиге" предстаилшщ теоретические предпосылки но усовершенствованию метода исследовании различных параметров по упомянутой схеме погружения деформируемых тел, сформулированы требования к специальному исследовательскому комплексу и его основных компонентов по практической реализации методических решений, описана оконстру-ировгшная установка для осуществления сдвига нагружаемых образцов, представлены дпнные по отработке нетрадиционной методики экспериментирования, расшифровке опытных осциллограмм, матеиатической .обработки систошна результатов, новым характеристическим величинам оценки развитии механики явлений на различных стадиях переходных процессов е.янтип~<!Д1шга нагружаемых- тел. При очом для количественной оценки mioh&'tbhtac ияменеииД еллоннх параметров при начале олпи-га деформируемых рбромцов. использованы отнооитодыше величины ни-денпя нормащ-ныч давлений &р-(Рр-Р})/Р„ и сил пш-ншого треки«! От'СП-П)/7>.

Тмкга.1 образом, представленные в настоящем Параграфе теорпти-чеокие предпосылки, разработки по созданию опрцпатыш.го иселндовя-

тельпкого комплекса, результаты всесторонней его апробации при различите условиях опытов и полный учет погрешностей измерения позволили ( высокой точностью производить оценку получаемых результатов, Кроме того, обширные сведения по отработке методических, решений предопределили необходимость корректировки, высказанных в литературе гипотетических положений. Последние были сформулированы на основе ограниченного количества фактических данных и сыграли ту положительную роль,' что позволили сформулировать начальные предпосылки по созданию и практической реализации схемы сжатия -сдвига. Однако проведенные исследования, результаты по испытанию созданного комплекса, а также данные по отработке нетрадиционных методических решений указывают на необходимость корректировки ранее вне'клзчниьк теоретических положений.

Во втором параграфе четвертой главы "Усовершенствование методики исследований механики взаимодействия в процессе сжатия-сдвига" описываются новые представления о развитии кинематики течения контактных слоев деформируем;« тел в зависимости от условий проведении отштов. Бри этом учитывая, что кинчдаги-ческие изменения в локальной области взаимодействия предопределяют развитие механики гсех процессов,.подробно анализируются случаи, ког^а на контактной части получают реализацию или только скольжение, или одновременно скольжение и прилипание, или только прилипание. С учетом изложенных предпосылок, а также данных экспериментальных исследований уточнена фактически! картина механики упруго-пластического контакта, установлено влияние роновннх факторов на получаемые результаты, внесены коррективы в теоретические положения л намечены направления основных опытов.

В третьем параграфе четвертой гланн "Установление мехаки упругонластического контакта при схеме сжатия-сдвига" приводятся данные системных исследований переходных процессов нагружения осесимметричных тел. Описание результатов производится по периодам, которые выделяются на всех осциллограммах. Причем на начальном этапе экспериментов, когда осуществляется только осевое сжатие деформируемых тел, получаемые сведения идентичны тем, которые приводятся во второй главе диссертации, поскольку, как уже отмечалось, в обоих.'случаях в одинаковых пределах варьируются все факторы. Здесь3 по достижении определенной степени деформации на универсальной установке комплекса включается систем«.

сдвига образцов. В момент "О", когда толкатель установки начинает сменить деформируемое тело усилия сдвига плавно увеличиваются, а нсрмалышо давления резко уменьшаются» В переходный период (находится между отмотками "С" 'и "X") сдвигашцач нагрузка возрастает до максимальных значений. При -этом нормальные давления на осевое сжатие продолжают понижаться, аксиальное сближение опорных поверхностей интенсифицируется, бочкообря.нованне образцов увеличивается. В сравнении с печальным периодом осевая нагрузку при утюшпгутш условиях заметно меньше, а боковая поверхность осесимметркчннх тел трансформируется не только в результате аксиального скатил, но и под воздействием толкателя установки. Непрерывное фиксирование изменений перечисленных параметров позволяет исследовать подробно механику всех процессов,' происходящих в локальной области. Подобного невозможно было установить при традиционных, подхода, когда фиксируются лишь конечные результаты.

По достижешш отметки "IV (конец переходного периода) усилие сдвига достигает максимума, а остальные параметры,продолжают изменяться но тем яе аакономерностям, что и в промежуточных пелехеииях переходного периода. Затем между отметками "I" и "И" (заключительный период) усиди?! сдвига резко уменьшается, что связано с переходом к смещению деформируемого образца относительно рабочих частей опор. При этом прекращается (лишение нормального давления, памодлп-ется возрастание осевой деформации погружаемого тела, а его перемещение относительно опорных поверхностей приближается к равномерному. На осциллограммах отмотка "П" является началом установившегося (заключительного) периода процесса сжатия-сдвига. Здесь полиостм» стабилизируются изменения нормаиын« давлений и усилий сдвига, смещения образца становиться равномерным л аксиальное обличение опор почти идентично начальному периоду» Однако для заключительного пери ода не является характерным неизменность силопых параметров к особенно усилий сдвига деформируемых тел,

Из системных данных следует, что переходный и заключительный периоды не постоянны по протяженности. Первый из них увеличивается с повышением степени деформации перед сдвигом образцов и при переходе к использованию в опытах опор с более грубой обработкой рабочих частей, а уменьшается -- в случае деформирования высоких сред. Что же касается заключительного периода, то, он, наоборот, уменьшается с повышением обжатий, применении в экспериментах более шероховатых опорных поверхностей и низких образцов. Основными причинами

такого ризвтая механики упругоплаотического контакта в заключительный период является то, что к его наступлению на Польшей части локальной области развивается скольжение контактных слоен, я размеры зоны прилипания заметно уменьшились. Помадное, л свою середь, способствует снижении одвигатих усилий и протяженности заключи- . тельного периода. Учитывая, что на осшллогра'-мах четко ивделяог-ся три периода, то при расшифровке опытных даникх для каждого из них определяются необходимые параметры. По этим результат™, сведенных в таблицы, установлены эмпирические зависимости дал практических приложении и построены графически« кривые ипмоноииИ нормальных давлений, сил внешнего тренич, контактных напряжений и коэффициентов трвишт для различию; кинематических услорий.

Таким образом, в результате попслъэотплти специального комплекса для практической реа.мта«вп нетрадиционного метода определения пилотах н шшематичесшгс ¡¡арамотроп при переходных пронос--его: развития охпгш сжатня-едиига .установлены закономерности иако-нения кинематики течения, нормальных давлений, олл внеи:его трения, контактштх напр'шоииП и коэффициентов трения. Эти обширные данное определены л запиеллюоти от соотношений геометрических размеров деформируемых тол, степени их сбжатия, исходных материалов, механической обработки рабочих частей опор, контактных условий и величины нормального давления перед началом едгш'а образцов. В пронес--се исследований таране прямыми экспериментами установлены состав-ляпнле силовых' нарпмотрсв для зон скольжения и прилипания, внионе-нн отличительные особенности механикя упрутоплпотического контакта при нагружен«» твердых тел щч разноупрочнятопхе я материалов и благодари использованию нетрадиционных методик исследования обнаружено н '.-оличестпепно оценено рацее ноювестноо яалоние, заключаще-еся в интенсивном уменьшении нормплшгс давлений при начало Ъдвига нагружаемых образцов толкателем униворомгыюй установки комплекса. .

И пятой главе "Изучение механики упругоплаетичес-дого контакта врагчаетцихся опор о подотилаетциш средагли", учитывая важность решения исковой проблемы и для более сложных схем нагру-жения, проводины системные исследования при сближении вращатацихой опорных поверхностей с разноупрочнящимг.ся'средами, в том число ' торможении п буксовании.-^помянутая схема находит п-ирокое распространен!!» при унрочиоиии различных изделий поверхностным пластическим д'-'формиропаннем, при контактировании трчцящкхся деталей

машин и кинематических пар, при обработке металлов давлением, про-катко норошковюс материалов, при уплотнении дорожных покрытий, при работе движителей колесных машин и транспортных агрегатов, Причекг во всех этих случаях более заметную роль,-л сравнении со схемами нах'рукення, данные по лотбрыл представлены в предыдущих главах, играют силы внешнего трения и упругие. формоизменения опорных поверхностей. Достаточно указать, что без определенного резерва трения нормальное взашдодействиа вращающихся опор с подстиламцнми средами в нриндипо не осуществило, а храмотноо управление развитием упругих формоизменений позволяет более эффективно использовать упомянутую схему нагрусения в практических приложениях.

В п а р в о м пар а г р а ф е пятой главы "Упругие фор- ■ Моизменения вра/цаэдихся круговых опор при силовом контакте" отмечается, что условия работы таких опорных поверхностей значительно, сложней в сравнении с уже использованными схемами нагружения деформируемых тел. При этом формоизменения вращающихся опор состоят из контактной деформации, прогиба и скручивания, Влияние двух последних составляющих на все процессы могут быть заметно снижены за счет варьирования соотношений размеров опорных поверхностей и подрткла- ' идих сред на основе литературных данных. Что же касается контактных деформаций опор, способствующих.увеличению удельной поверхности касания, перераспределению силовых составляющих и изменению кинематических параметров, то здесь необходимо создание надежного методг. их определения и последующего использования результатов для управления влиянием формоизменений на механику упругон.ляегического взаимодействия контактирующих объектов, ■

Отыскание рекений по установлению аксиальной составляющей деформаций круговых вращающихся опор проведены исходя из существующих представлений относительно распределения нормальных; давлений в локальной области контакта. Из технической литературы следует, что для рассматриваемой схемы нагружения эпюры нормальных давлений в зависимости от условий на контуре апроксш,тируются прямоугольником с параболической или треугольной вершинами. С учетом втого и закона наложения.для деформаций, общее уравнение аксиальной составляющей упругих искажений опорных поверхностей представ-дается в. форме:

' UV-H-Vv; '

Здесь соответственно составляющие контактах деформцай,

вызванные доГюдшшл норма/»,¡na давлений шшмй чАсти ¡эпюры о поело», янной и верхней - о ■ ixrspoMomioit шп'сиошшостши изменения. Эти оос-тшиишцио уотготвлимптся согласно слодувщпм• зависимостям:

Таким образом, в результате исследований в рпмках первого параграфа пятой главы исслодовпний предложены решения душ. определения обратимых контактппу.' доформиций круговых опорных поверхностей . в зависимости от уолоний на контур», опюр распределения давлений И других гажшгх факторен. Г'ачиионнне решения позволяют устаная'ш-вать составляющие конт'Жтянх дофор'ияцпИ продающихся опор с под-отилоклшми средами и в комплексе о*урпннпцияш, которые даны во второй главе диссертации, Получать исходные сведения для изменения профилировки прокатных валков, для управления изменением конфигурации п удельной поверхности колесных движителей при переходе транспортных средств с твердых дорог на местность с рыхло-сыпучим покровом, для стабилизации работы узлов трения, а также для снижения вибрации, шумовых Аффектов и иересонряжепий при взаимодействии ярящаищтхея деталей, кинематических пар и различных механизмов.

Во в т о р о м гт а р а г р а ф е' пятой главы "Кинематические явления при нагрухении подотилаючих сред круговыми опорами? исходи чо важности установления изменений кинематических параметров, использован последолатольннй переход от простой схемы нагру-ленин через рнл. мроможуточных к взаимодействию цилиндрических опорных поверхностей с разпоупрочняидшлисл объектами. Причем, если при осеней сжатии перемещение контактных слоев деформируемых тел происходит сшдметрично, то при переходе к использованию в опытах круговых опор механика кинематических изменений заметно слон-' н'1'!. Последнее вызвано неравномерным распределением степеней дефор-Maiwil в продольном и поперечном '.'-ечениях подстилающей среды и более рельефным влппнпом сил реакции со стороны опорных поверхностей. В результата анизотропного развития кинематики точения зона прилипания тлеет ''гантслпимрпзную" форму, п о потдашлом обжатий, расщепляется ня дно впмрстечтплмто пттк, При отом да«? о меняется ее мостополс'коиио гтппептолъно i'f?nf-Kit,j.,<t,Jt3nKpro цоттрп,

Для ojtOHKH установленных явлений наряду с. критерием прилиия-

ЛМЛ ,Lr í!C!»"fl-nyi!lTCn ТПКЖС КЦИТЭрИИ ТраНС'Ь1(ШрОП;ШНЯ,$. rJíyW

И МИтр|)р01?Г1Ш'ч/м1 л!" ЗпЦн лри/ШИШШЯ. С- полы" получения иочернн-.

ващкх данных по о пил м другим кинематическим параметрам и усло-екй развития вторичных явлений проведены крупномасштабные эксперименты при симметричном деформирования подстилающий оред и при тех схемах нагружения, которые реализуются на практике при перечисленных выше И!схенерно-технслСгач<;ою1х процессах. "В случае моделирования последних более рельефно нрояв/лется зависимость пластических формоизменений нагружаемых сред от условий на контуре. Причем все кинематические явления реализуются при заметно'меньших обкати-ях, особенно в случае увеличения соотношений размеров деформируемых объектов, применения для их изготовления исходных штериалов с более высокими прочностным:! характеристики! п использовании круговых опорных поверхностей с'улучшенной механической обработкой рабочих частей, '

Системные данные экспериментов с варьированием в широком диапазоне изменений различных факторов, позволили не только установить реальную модель развития кинематики течения при унругопласти-ческом взаимодействии в^ащагацихен опор с различными подстилающими средами, но и предложить аналитикб?мпирические зависимости дан определения различных кинематических состовлящих. При этом уравке- ' ние, отобращанцее изменения относительных размеров зоны прилипания, представлено в форме ^ /(wy J у , а критериев трансформирования И мигрирования упомянутой зоны соответственно в написании:,

Таким образом, при проведении исследований в рамках второго параграфа пятой главы установлены закономерности изменения кшю-матических параметров и развития вторичных явлений при различных условиях взаимодействия круговых опорных поверхностей с. подстилающими среды,ш. При этом впервые зафиксировано, что в локальной области наряду со окольквнкем контактных слоев деформируемых объектов наблюдается изменение местоположения зоны прилипания относительно геометрического центра с одновременным ее сложным трансформированием. Все кинематические явления гаггенсифшргруются с уволиче-ниемсоотношений исходных размеров подстилающих сред, прочностных свойств их исходных материалов, применении опор о более качественной обработкой рабочих частей, повышением степени обяатия, а следовательно, нормальных давлений перед началом действия механизма •торможения. На основе полученных данных установлена реальная i:ap-

'' 2В

тина развития гашематики ючеиия я локальной области и предложены пиалитико-оиняхчпоскш? эпшспмдотк для количес гвеииоЯ оцпш'ш ее основных параметров.

В т р е т ь о к пара г р а ф о пятой главы "Изменения механики упругоплпстич^ского контакта при иряикшки опор, тормате- • пин и буксовашш", пршгттч-щ по внимание сло.тнссть эксперпментиро-тошш г пронесся илгруг^'ч-я нодстплащих сред при рассматриваемой схеме, оооСее мнившие уделяется е'ч« белее тщательному проведению подготорктельиых мероприятии, разработке специального комплекса и ^оздпшто методических рспепий с расширением горьяров-чния факторов и условпП деформирования, О результате такого подхода получены системные данные по изменению кяигящтячоекпх-к силовых параметров, а также вторичных я.члешч'1, При утч п процессе взаимодействия круговых оно]) с кагрутлемши средош ня ртлноупрочняпдгхся материалов развитие механики унругопдостическогх» контакта при переходе от ■ первичного касании к устячолитеиуся периоду и через ряд периодов к буксованию ирстекчот но'слот-чтим пак.очечерноетг.м. г1го касает-. ея опытных кязншп: по п«унрочи«т№',цтя объектам, то при квх условиях га нагруженич упомянутое закономерности упрояаются. Проведенные пкепориментц' наряду о определение* количественных величин ис- . следогшнкх параметров, позволили установить ранее неизвестное явление, каклпчагцзося в интенсивном укеиьшоиш: нормальных давления на деформацию 'чагрудеемчх объектов тгри начале деЛствия механизма торможения.

В процессе сяиточ с рлзпоупрочплтщ.шся средами полутоны ос-щи:.-'ог/1.и".-!Ш,т, которые полно разделять на три груши. Причем на кп«-дой осциллограмме, ,кпг. и в исслед'-чапиях с иеупронипящкпся объектами, стсотиа "I" состветотвует началу установишегеея периода, а отметка "2 4 - его пявешэшш. В промежутке между ошеткями "¿-3" накладывается элинии«? торможения, а ме~ду "3-4'' развивается буксование. Из пкоиернментальша дагонег следует, что с установившийся период наггупенип подстплающк сред аэ упрочняетшхея материалов наблгощется увеличение поршльпнх давлений. При ¡этом здесь, в сравнении с дефор^яров-ншем пеупр'ушяте.гсеч объектов, никаких новых явлений не пФаруято. Последнее пгчвомерно тпестп и к на-. чаш»ому периоду- гл«*.янизма тг>{*.'с-кс!шя (ме'-чу еллетявш

"Р-3"). Л КОНЦО ЭТ'ТО рллат, КОТ'Да Р1П К-КМьШ' ~.С."П.'УГП 1фО исходит интрнсирннй и?ых<ча" пгг ''переяогнч и прилипания с после,-у'Пи!.; газлн^' • ' и..--/■I'-. г чете, ч некоторое поен1ч,>'1н" уч'.-пп' тормо-

аенкя i- y.v.oHi ucHiie нориадьньсс даа^екал.

В зтоН связи при описании онuvuux результатов, необходимых для дальнейшего совершенствования осксь цехшшки, наибольший ни-учно-практичеокий ¡uiriep¿c представляют д&книа изг/енекий различных параметров прежде шего в ртыегке 3'. При' ксиольвованиивь исследованиях деформируемых сред из материалов, в которых наряду с упрочнением реализуется также и разупрочнений, киенко с упоьмну-той отметки начинается у:.:акь!гение поредальных давлений и устойчивое изменение -усилии торможения, При этсл па ссщгллограммах отмечается ряд ь-аксикумов и ккнш.^члов, а ксг.таг.т.миа части подстилающих сред имеет такое ке количество "и ее г." буксования. Последнее - результат'локализации деформа^ш и неравномерного продвижения ■ нагружаемых объектов в процессе развития буксования ие*:ду отмет-кош "З-i", Ч'уо'ке liibacioi осш-глограмм второй группы, получаемых при нагру»еник деформируемых сред из материалов с преимущественным упрочнением, то здесь отметке "3" соответствует заметный скачек в изменения усилии тормоаения, а их макскыум приходится на отметку "4", Б огличие от этого на осочллсгра^дах, .записанных при деформировании упрочнявдися сред в случае введения в -локальную область различных смазок и использовании в опытах объектов с пин-ковш покрытием (цинк играет роль твердой смазки) с отметки "3" ' одновременно уменьшается норлальные давления к усцгл'л ториокешш.

Б результате широкомасштабных тлеледовакиЛ получены системные данные по изие:;аниям нормальных давлегшГ., czz внешнего грзняя, контактным напряжениям и-коэффициентам внеа-его трения в зависимости от варьирования всех основных факторов.-. Благодаря использованию кетрадиндокких. peineíL'iíi'установлено, что при определенных ус-гавста.'.на15укенШ1 подстклаэдаас сред небодькэс высот из материалов, имзыцих более зызокив нрочногтннз характеристики, наложении плас-тпфицнру«цего гуляния шшковогс покрытая и ¡м^-.ыюИ смульсяк, особенно при оптимальном их сочетания, интенсивней развивается скольжение с соответствующим-уыеньпеипеш зоны прилипания и еоставляю-1цих силовых параметров. Такие изменения норкальшк: давлений и сил внешего трения сказываются на велзгчяках контактных капря&ений и коэффициентах трения. Вое это естветвенп'», поскольку их определение основывается на обработке опытных дачник с учетом фактической пловдди упругопласгическс.го контакта врадаяцихея спорных поверх. ностей с подстилакадиня среда-си

Г? О

Таким обрапс-!, с!:?тгтнп дан»".".» кечиегегтле ¡'оолщс^пичП, проведению: П]-:: оперннх п^'з.тхн^той с р:кчтупроч-

1!л1з:и"лися срода'"д сьид^т'^ьсгнуэт о том, что ¡гсслеп^ватпльсгкй комплекс по рсапдзгизгд г'гграднручших методических решений позволяет устпготзягать закономерно'??;". мохоняки уиругонластичеокого контакта. Из р?ас:ктр?ч;?л системна результатов слпдуст, что ь процессе с<5лят.пнул грэ:1;?'1";'.:ксл щ:уусп-<х опор разнят но всех игле-ний пр:л переходе от пег:;;: люго гасаннл к устойчивой деформации л через ряд иер-лот.? к (Зуг.спиаияп происходит по сложи«« закономерностям. При этом псълодпае уолегшша на "сатуро, исход-шс.З! гео'летрпчесг.гли размера'-и и прочкеггчнпи характеристиками деформируемых ейг^гггев, с15'.1-зпя.'-'л их до!ормацпи и величинами нермаль-ных давлений поред начата»: д«:?с?г.*л тормохения. Р процессе экспериментов усталг-тлснэ, -по аз.\'ак«да«л сил внешнего трения отражают связь с яачешглтл, ¡трглеходл-лм;! т контакта п в объеме разчуупра-чгшщихся объектов. Причем в случае распитого с полысения наблга.а-ются менмгаэ значения составляют* салопшс пр,растров. Что же касается зенн ирг.-ппакгл, то «мэшю здесь реачиэутеся активные силы трения, процесс деформкроваипя подстилающих сред под ?"ятс,':стг-;тп;; и опор.

В га о с т о й г л а п с Тбсугдоппо результатов исследований, их прллрт^плл л ос:?срнь*о выводы" подводятся итоги комплексных экспери:л<,нта1т.но-гвог.2Тпчсских «сстедований по репешш искомое-проблемы. Пря эттг аз них ягляятея обсСпатз'я апатий-

большого количества литературных данных и собственных результатов, ■ касающихся я г-отодов определения обратимых формоппмено-.

ний опорных поверхностей, сопротивления рапноупрочнявщихся материалов пластвческс-у д<? {»урчяровпнкп, кккдоатшея течения па контуре и в дбъене сплоятя? п песвязячт сред, пормаяышх давлений, сил внешнего трения, контактлчх напряжений в процессе;нз?кмодействия по наиболее распросчрзлтакьгл схвчап а услокиш иагруяонгот упругих, высокопрочных, ттлясгнль'х объектов, начиная с перигчного касания и до переноса нагрузки га геп локяльнуп область взаимодействия.

Из рассмотрения лгтзратуршсс дакшсс сдедузт, что «ведения по основам тлехашта упругояласт!ГсяокоРо ясктлкта при больших зяпрв-дельных дофорг-^^ччл" яр/пг-тся разобщен:?--.".п, подчас противоречивыми, посколысу по."сг"::г.' ирл '¡"дестаточи-^м варьировании исследуемых случаев о исполт>"сг- м пеосгеркпшого оборулс-гання и нспсегда доработанным мет^.-.'-'т-с1 редапя.-яи .Все это пр;- розечип проблемы, каг.а-гл'1еГ'0Я уо7.мп.:."г-к':' г-.'."еханиги учруг-ж*ястичоокого

контакта и их ирилойсенпй, иотр^боььло niaawiworü подхода к оценке возможностей как cav.iix иатодоь исследований, так и аппаратурного оформления, а танке проведение с помочью наиболее адъективных ре-тений системных окспйршлентально-геороткчесыгх работ по изучению изменений различии« параметров лигдлыю'Л области взаимодействия и последующего использования полученных данных для теоретических и • инкенерно-техиологачсских нршю&<«шЛ.

При исследовании угфуги>: формоизменений опорных поверхностей различного назначения установлено, что их наружные размеры в зависимости от расположения сечьний по отооиени» к рабочим част ли и интенсивности распределения нормальных давлений уменьшаются или увеличиваются, а Bu'ooi-a уысгньиается:, В результате л о образующей опор развивается несимметричная бочкообразное^., в вдоль контакта - конфигурация параболоида вралонпл. Последнее подтверждается также исследованиям Г;;И.Губкина "и Н.И.Грудевц. Обратимые искажения рабочей части счюр сказцааюгся- на изменении к,тематики течения, перераспределении контактных напряжений, увеличении размеров локальной области и возникновении выпуклостей (менисков) на торцах изделий. При опытах впервые установлено, что в процессе работы в объеме опорных поверхностей получают развитие дие области: одна из них находится, в пределах пл«гдои фактического контакта с деформируемой средой, а другая охватывает первую, ябдяязь упругим "банда«ом". С учетом полученных экспериментальных данных скорректированы теоретические речения для определеш1'! аксиальной и радиальной составляющих деформации опор, а так*.о предложены эффективный спсоо'б V. технологи! изготовления белее стойких опорных поверхностей.

Кроме того, результаты этих системных исследований явились ос-новополагаяцимп при решении инженерно-технологических задач, часто ' . цмэздсс совершенно иротивополокние предпосылки. Так, для повышения точности цзделий, изготовлениях: плоскостной чеканкой и тонколистовой прокаткой, требуют уменьшения упругих формоизменений инструментов, исклшаквдгс развитие негативна явлений. Предложенными здесь решениями являются бавдакированке челночных птампов и изменение профилировки валков. Полскительно решен в диссертант! круг задач, когда необходимо увеличение удельной поверхности контакта: во-перн. £ых, это конструктивное изменение традиционных двикетелей колесных ма!в;ш и фундамзнтов кнзенерних сооружений, эксплуатируемых HavwecT-иости с несвязным покровом; во-вторых, разработка способов изготов-ленкя электродов химических. источников тока с повышенными" характс—

ристиками; тз третьих, вдбор оптимальных ра?меров и форгли измори-телъинк олешнтов мсодоз; в четвертых, оценка работы разрезных и точечных приборов; в штих, создание специальных исследовательских комплексов и нетрчдициоюшх методических решений для различных схем упрухопластнчесного контакта.

С учете'' ]-о-'у.н»7ПРов анализа литературных данных п сооствон-нлх ОИСТС5МН1ГХ исследовании реологических своИств большого класса разноупрочнямцихол материалов рассматриваются таге*е экспериментально-теоретические «ведении по лстшпшгл наирягсшшм течения, интегральным величинам нормачышх иапряяелиН к особенисгях нх изменений при различных условиях уиругоплаетичеокого контакта. При этом сделаны оенонаиолог-и.вдю для практических- прллгагетШ обобщения п отлошеипя поняткН л мзт<.>д<»л опродеденил продела текучести, сопротивления материалов пластическому деформировании и математического моделирования их изменении в зевнснмостп от условий па контуре; схем нагружсикя, соотиопений гсомотричсогих размеров, степеней деформация, исходных свойств материалов, прочностных характеристик и качества мсх-чническоЯ обработки рабочих частей опор.

Ватпшм дополнением к изложенным данным являются результаты исследований кинематически параметров деформируемых тел из тех же материалов при переходе от осевого сжатия через ряд схем к нагруженню, вращающимися" кругояши опорами, в том число с торможением и буксовании, При этом, учитывая сложность йпменьиия кинематики течения в пз-реходшк процессах развития больших запредельных деформаций, проведены методические разработки, позяолиишяе установить истинные размори контактных кои и построить универсальные диаграммы для практических приложений. ¡Здесь при грубо!! обработке опорных поверхностей смещение контактам* слоев деформируем!« тел на-.3.)ГО меньше, чем на шдафоваиннх. и тем более полированию с».» смазкой. Причем интенсив-оть развития упомянутого процесса при определенных условиях опытов тем значительнее, чем выше сопротивление исходного материала пласте-' чеокому деформированию и больше соотношение, начатый« геометрических размеров нагружаема: обьектов, Однако скольжение по контакту ' • монет и не прошляться. Подобное наблюдается при деформировании опорами с грубоН обрчбо.тко!! рабочих частей дане очень низких образцов. При этих условии нпгруденин. до определенных ебтатий происходит лишь истечение материала из внутреннего объема, с последующа! увеличением локально;! области за гшг его смещения' на контактные чдстН. Такая картина рлпмтля кичогачтичссгогх явлений подтверждается

гипотетическими представлениями А.А.Преснякова, высказанные в ре-* зулътате анализа именцихся экспериментальных данных при пластическом деформировании полоо по схеме прокатки.

Переход от осевого сжатия к нагружению подстилающих сред круговыми опорами сказывается на своеобразии кинематию! течения. Однако при подобных условиях происходит лишь трансформирование зоны '. прилипания. Совсем Иначе протекает,развитие кинематических явлений при реальных процессах взаимодйствия вращающихся опорными поверхностями о подстилающими средами. Здесь ввиду усиления объемности - напряженно-деформированного состояния, вызванного непостоянством утлов, различием обжатий вдоль области контакта и увеличения удельной площади касания за счет "вдавливания" круговой опоры в деформируемые тела, реализуется неравномерное и в то же время преимущественное смещение поверхностных слоев в направлении меньшей высоты. Бее это способствует сокращению зоны прилипания, сложному трансформированию- ее конфигурации и изменению местоположения относительно . геометрического центра. ■

Крупномасштабные работы проведены также при использовании схемы аксиального вдавливания в деформируемые среды. Эти исследования показывают, что здесь бдагоприятные условия реализуются в олучае приближении схемы к идеальному всестороннему сжатию. Последнее предопределяет более "мягкую? картину напряженно-деформированного состояния. Отмеченный факт подтверждается и литературными данными, в частности, изложенными, в работах Б.И.Береснева, ГЬВ.Бридгшеиа, И.А.Кийко, А.Надаи, П.М.Огибаловди др. Для практической реализации упомянутых предпосылок произведены теоретические разработки, создана установка высокого давления, которая в комплексе с другими устройствами использована для проведения экспериментов на образцах из разноупрочнящихмя материалов, в том числе и высокопрочных. В результате нетрадиционных решений, кроме установления механики уп-ругопласгического контакта, предложены научног-технологяческив основы применения схемы аксиального вдавливания для пластической обработки самых различных материалов (эта часть работы отмечена сереб-рянной медалью ВДНХ СССР за 1981 год)., .;"

В развитие описанных исследований проведены опыты до вдавливанию опор различного назначения в несвязные среда. Благодаря эффективности метода и специально созданного стенда, впервые зафиксирована фактическая картина кинематика.течения в процессе вэаимодейст-

" ' ' ' '-з4 ■-■..-..•' ; ■

вия опорных поверхностей различной конфигурации '(выпуклая, плоская, вогнутая и др.) о сыпучими объектами в виде свободного массива и замкнутом объеме (моделирование формования порошковых материалов). На основе полученных данных решены вопросы повышения проходимости колесной техники в сыпучих песках, улучшения работы опор инженер-, ннх сооружений на местности с несвязным покровом, управления силовыми и кинематическими параметрами при изготовлении порошковых изделий, исследования механики взаимодействия движителей транспорт- . ннх средств с рыхло-сыпучими грунтами и др.

Во всех проведенных исследованиях, учитывая те факты, что внешнее трение не только является составной частые граничных условий в напряжениях, но и оказывает влияние на позитивные и негативные пронесен с:.-' при больших пластических деформациях, этому тонкому физическому явлению в работо уделено особое внимание. Последнее вызвано еще и тем, что в вопроса, изменения внешнего трения в различных зонах не вое исследователи единодушны. При существующей противоречивости суждений и особенно относительно зоны прилипания, _ естественным выходом было создание эффективных методических решений и специального оборудования для их практической реализации и проведение о гас использованием тщательно поставленных экспериментов при развитии переходных процессов. Полученные при подобном подходе системные результаты при нагружении деформируемых тел по схемам сжатия-сдвига и вращении сближающихся круговых опор в том числе торможении и буксовании, подтверждают гипотетические'представ вления тех исследователей, которые считают, что в зоне прилипания напряжения трети максимальны. Отсутствие скольвения во всей иили на части локальной области контакта не означает "исчезновения" сил внешего трения, как это считают Л.П.Грудев,.А.Н.Лэванов и др.

В работе благодаря использованию нетрадиционных подходов влияние сил пнешого трения обнаруживается во всех случая«, когда происходит относительное перемещение или даже стремление к перемещению ' • поверхностных олоёв деформируемых тел. В последнем олучае проявляется статическое греииэ или грениэ покоя, значение я действие которого огласи о гипотетическим положения^высказанным еще в средние века Эсером, Параном и Кулоном, а также подтвержденными положениями классической механики, определяются величинами и направлением внезних воздействий, способствующих скольжению или создающих предпосылки к развитию скольжения в локальной области взаимойствия опорных поверхностей различного назначения с деформируемыми средами.

Прямыми экспериментами в диссертации установлено, что пока но-" рыалъные давления на превзойдут по овоеН величине сопротивления сил . внешнего трения, заметите, перемещении поверхности!« слоев деформируемых тел не происходит. Подобное наблюдаемся при осевом нагруже-ннл образцов опорам;! с грубой механической обработкой рабочих частей, поскольку здесь максимальны сшш трения, способствующие полному "прятанию" контактних: слоев во всей локальной области. В то же время при условиях, близких к отсутствию трения (нагружение полированными опорами с обильно! смазкой), на торцах деформируема тел уже при незначительных обматиях развивается скольжение и тем интенсивней, чем мп о стояекь деформации и значительнее скорость нагружения. Об уменьшении шпгянпя тречил с ув-зличеннем скорости деформации свидетельствует и другие.факты. Из практики прокатного производства известно, .что при неудовлетворительном захвате прокатываемой полосы стоит лшъ уменьшить обороты валков, как наступают нормальные условия прокатки. Последнее же возмокне в случае определенного резерва сил трения, который и появляется со снижением скорости вращения валков, 0 целью улучшения захвата полос из сплавов, когда в локачьноГ' области дрочвдяетск незначительное влияние трения, применяют ваш! с насечкой. Дли повышения сцеплиилости движителей колесных машин с твердой поверхность» дороги на контактных частях делается рифление. Подобную роль выполняет также подсыпка песка на рельсы в случае неблагоприятных условий трения при страгивают железнодорожного транспорта.

Учитывая изложенное в работе уделено также внимание существуг.-щим представлениям относительно "скачкообразного-' -изменения напряжений трения по оси деформируемых тел от положительных значений в ' левой части эпюр .к огринателыши - в правой. 1'ри нормальной протекании деформаций контактные слои нагрухаемых объектов перемещаются относительно опор от центра к периферии, « действие сил внешнего трения, наоборот, направлено к центру. Но эюй причине утверждение о скачкообразности изменения напряжений трения является неверным. В.Г.Березкин дои случая деформации осесимглетричных тел принимает напряжения трения как абсолютные величины и сгролт япцру в виде равнобедренного треугольника. Основываясь на данных прямых экспериментов, правомерно приянть, что такая впюра характерна для случая, когда в локальной области иабладается линейное смещение контактных слое» дефооьжрувшсс тел, В общем аа случае, когда на какой -то части плошоди касания скольжение протекает интенсивно, в дру-

пгх - с различной степенью умеренности, а в посл'едуиднх наблюдается прилипание (причем с разном тенденцией к скольлению), гак показано в работе, реальная эпюра виеет более сложнпП вид.

Отображение на эпюрах напряжений трения только абсолютных вечам вполне оправдано, иоскольну силы внежего трения не уравновешиваются и не ушитокаптся. Просто в реальных нроцосоах нагружвнвя даформлруемнх тел и^еот моего определенное направление смещения контактных слоев. И здесь следует согласиться с утверждением В,Г. • Вереэшша,. что эффект сил трепня заключается вопсс- не л тем, что они по отношению друг к другу противоположно направлены, а в том, что их действие всегда обращено против перемещения поверхностных слоев нагрукапгнх сред. Результаты систсмши исследований свидетельствуют о том, что в случат*, когда Icawto-To учлоуш локальной области разделеш,' липъ математической точкой, то силы высшего тре-ни« сходятся именно в не!!. Только сходятся, но не уравновешиваются, как яго следует из работ, и которых приводятся эпюры о уменьшением напряжений троны,ч до кулп в центре локальной области взаимодейст-. пи. Иначе говоря, именно в том месте, где их значения согласно классическим лолпхопклм механики и фактическим оксперимоитодышм данным, как раз и являются макошдояьинш.

3 ртол евчзи следует упомянуть и й наибольших величинах коэффициентов внешнего трети. Довольно часто в литературе, исхода из теоретических положений теории клпетнчиоотя, оперирующей малыми 'упругонластэтесютли деформациями, отмечается, что в зависимости от использования условий постоянства касательных напряжений или постоянства энергии дефоршдая коэффициента внешнего трения не могут про-выкать соответственно 0,5 или 0,575, Однако в работах С.И.Губкина и И,.М.Павлова справедливо отмечается, что за счет особого состояния поверхностных слоев нагружаемых тел при больших запредельных деформациях, силы внешнего трения могуть пропивать общепринятые значения. Действительно, прягао эксперименты, проведенные в диссертации с использованием эффективна методов исследования, позволили установить, что улоглянутые силы, а следовательно, и зависящие от них величины ко?ф]сптдентов трения в зоне прилипания, не являются неизменными.' Собственно, в основном вследствие упомянутых фактов больгше конечные ■ деформации и не описываются уравнениями классической теории. С учетом этого в диссертации проведены изыскания по устяноашшю яналитшсо-эгашрических зависимостей, отображающих фактическое изкененко параметров при исследованных схемах.

И заключение работы на основе анализа"литературных данных и собственных экспершлевтально-творетичесиос результатов, полученных в процессе решения одежной междисциплинарной проблемы механики деформируемого твердого тела и ее приложений,отмечается,, что:

1. С использованием созданных или усовершенствованных на уровне изобретений специальных комплексов и методических решений установ-

,лены закономерности механики упруголластпческого контакта при взаимодействии опор различного назначения с упругими, высокопрочными, пластичными и несвязными средами при переходных процессах развития больших запредельных дёформандй в широком диапазоне изменения условий к схем нагружения.

2. Установленные закономерности определяется системными данными относительно обратимых формоизменений опорных поверхностей, реологических, свойстз разноупрочнящихся сред, кинематики течения на контакте и в объеме деформируемых тел, интенсивности распределения нормальных давлений и сил внешнего трения при варьировании соотношений геометрических размеров контактирующих объектов, их формы, прочностных .свойств исходных материалов, степеней деформации, кон- . тактных условий.и.схем упругопластического взаимодействия.

3. При исследовании обратимых формоизменений опорных поверхностей в их объеме впервые обнаружено развитие двух областей,'что позволило разработать эффективный способ управления влиянием упругих деформаций на механику силового контактирования, предложить опоры нового конструктивного исполнения и внести коррективы' в политические зависимости для инженерных приложений.

.. 4. Б экспериментах по установлению реологических свойств широко-• го класса разноупрочнящихся сред апробированы существующие методы исследований, усовершенствован способ приращения напряжений течения, с его использованием определены искомые характеристики, оценены возможности традиционных теоретических решений и предложенные их скорректированные варианты.

5. С применением нетрадиционных методик впервые определены изменения кинематики течения деформируемых сред на контакте и во внутрев нем объеме, оценены критерии мигрирования и трансформирования зоне ,.прилипания, предложены аналигико-эмгшрические зависимости для определения различных составляющих кинематических параметров и построена обобщенные диаграммы для инженерно-технологических приложений.

6. Для эффективного осуществления деформирования твердых тол аксиальным вдавливанием опор использован нетрадиционный метод изменения их напряженно-деформированного состояния; решены вопросы, про- . ведены исследования силовых и кинематических параметров, разработаны 'основы пластической обработка внекопрочпых материалов и предложены методы моделирования механики процессов,

7. При аксиатыюм вдавливании опор различного назначения в несвязные среди благодаря новым конструктивным к методтаесклм разработкам впервые исследованы условия сближения взаимодействулгдх объектов, установлены особенности трансформирования кинематики течения, изменил силовых параметров и предложены аиалитико-эмнирические зависимости их определения.

Я. Для схемн сжатия-сдвига деформируеглгос тел медду опорами с использованием нетрадиционных решений и исследовательского комплекса впервые прямыми экспериментами на различных стадиях определены изменения кинематических параметров, нормальных давлений и сил внешнего трения, установлено непостоянство последних'в зоне прилипания . и обнаружено ранее неизвестное явление, заключающееся в резком уменьч-доении составляющих нормального давления с начатом сдвига образцов.

9. В исследованиях взаимодействия вращающихся круговых опор с нагружаемыми средами при переходе от первичного касания через ряд периодов к буксованию впервые установлена фактическая картина трансформирования различных'контактных зон, нормальных давлений и сил внешнего трения, а также обнаружены новые явления - изменение местоположения зоны прилипания по отношению к геометрическому центру и .интенсивное уменьшение силовых параметров с началом развития торможения, решены вопросы аналитического определения упругих деформаций опор и изменения их профилировки.

'10. В теоретическом плане, сформулированы новые представления об. эпюрах распределения сил внешнего трения и кинематики течения деформируемых объектов при исследованных схемах нагружештя, предложены аналитико-эмпирические зависимости определения обратимых формоизМе-ний опор различного назначения, осуществлено описание математическим ми зависимостями различных составляющих силовых и кинематических параметров локальной области взаимодействия.

II. Практические приложения работы заключаются в создании и пос-ледуюпем.использовании специальных комплексов и нетрадиционных методов определении реологических характеристик широкого класса разно-

унрочняюцихся материалов, кинематике,течения, ciuiobüx: параметров при развитии больших запредельных деформаций, разработке прогрессивных технологических решений но деформированию плабтичшк и высокопрочных материалов, созданию новых модификаций колесных двнми-телеИ, эффективных оснований инженерных сооружении п опорных поверхностей различного назначения. _

12, Результаты исследований по решению искомой проблемы явились исходными при (формировании новых разделов по научно-техническому направлению, ьключеиному в Комплексную программу научно-технического прогресса СЭВ до 2000 года, Программу сотрудничества стран-членов СЭВ по ükohomíui и рациональному использованию материальна ресурсов на период до 2000 года и План фундаментальных исследований Ш1ТК "Порошковая ыетцллургия" на J9SG-I995 г.г.

П р к л о к е а и я ъ работе представлены документами по вы-• полнению целевых ирогршм, оценке полученных результатов и"их ис-пользованшо в практических решениях. Кроме того, здесь приведены двадцать трл таблицы с основными данными, проведенных экспериментально-теоретических: исследований но-решению искомой проблемы.

Основное содержание диссертации отражено б следуюцих открытых публикациях:

1. Свиденко. В. II.-, ВиншвдыШ A.A. К вопросу о внешнем трении и упругих деформациях инструмента при свободной осадке цилшщричес-

. кис образцов. //Известия-Академии наук КазССР. Серия физико-мате~ математических наук, 1964, $ 2. C.I08-II2.

2. Свиденко В„Н. Метод расчета упругих деформаций инструмента ' при осаживашш. //Вестник AJI КазССР, I9S5, № 5, С.46-51,

3. Свиденко B.II,, Пресняков A.A. Упругие (формоизменения сплошных и разрезного инструмента. //Вестник АН КазССР, 1966, Je 6. C,5GrS4.

4. Свиденко B.II, Влияние упругих деформаций инструмента на процесс пластического деформирования при осадке, //Усилия и деформации при пластической обработке металлов. Алма-Ата: Наука Казахской ССР, 1967. С. 13-18.'

Б, Свиденко В.Н., Пресняков A.A., Винницкий A.A.- К вопросу исследования трения с помощью разрезных приборов при пластической деформации металлов. //Вопросы общей и прикладной физики. Алма-Ата:

6. Свиденко D.H., Пак Л.Г. К вопросу аналитического определения контактных деформаций. //Трудя Института математики и механики ЛИ КазССР. Том 2.' Лшла-Лта; Наука Казахской ССР, 1970. С.27Я-ГР7.

7. Свиденко B.II., Греков A.M. Автоматическое определение контактных сил трения методой сдвига. //Автоматизация производственных процессов. .Алма-Ата: Наука Казахской ССР, 1970. 0.220-228.

П. Свиденко В.II., Зак Л.Г. Упругие контактные формоизменения бойков и валков при пластическом деформировании металлов. //Обработка метаплбв давлением. Фрунзе: АН I'npiCCT, 1971. С.175-201.'

Э. Свиденко В.П., Пресняков A.A., Греков A.M., Мфононко ПЛ., Куранов Г.Г. Влияние упругих деформаций ца работу приборов при исследовании контактных напряжений. Фрунзе: Meinen, 1972. 230с.-

10. Свиденко В.Н., Греков A.M. Граничные условия в напряжениях при пласт1гчоском деформировании металлов. //Обработка металлов давлением. Фрунзе: АН KirpiCCP, 1973. С.3-21.

11. Свиденко В.Н. Представления о вцде;>эпюр контактпга напряхе-. нпй при пластическом деформировованм металлов. //Стали и сплавы цветных металлов. Куйбышев: КуАН, 1974. ,С.239-246.

12. Свиденко B.II., Лхангиров Э.В., Еерезшш В.Г. К расчету формоизменений металлов с использованием закономерностей равномерной деформации. //Исследование (лалшн и аехнологии кузнечно-штамповоч-

' него производства. Ижевск: ЛШ, 1975. С.96-101. ' .

13. Свиденко В.Н., Греков A.M., Дяангиров З.Б., Н'карлет В.И, Граничные условия в перемещениях при деформировании металлов. Алма-Ата: Наука Казахской ССР, 1977. ГССс.

14. A.c. СССР а 302241. Способ определения контактных напряжений в .очаге деформации. /Свиденко В.Н., Пресняков A.A., Шульнпн Б.Я., I.'sipoHC'iKO Ю.П., Куранов Г.Г; Опубликовано 27.05,78 г. Бюлл.$ 23;

15. Свиденко В.Н., Иулькин В.Я. Об исследовании условий на контакте методом торможения полосы в валках. /Дпругопластические деформации при необратимых формоизменениях металлов. Алма-Ата: Каз-ПНШПИ, 1970. С.75-86.

16. A.c. СССР .'(" 769317. Способ определения деформаций объекта. /Свиденко В.Н., Лисицын В.Н., Лукьянова С.А., Сагов М.С., Тулеу-шев А.'". - Опубликовано 10.II.80 г. Билл.изобретений № 37.

17. A.c. СССР № 871990. Штамп для.обработки труднодбфор:,шруе/ мых металлов. /Свиденко В.II., Гренов A.M., Светов Н.П. - Опубликовано 15.10.81 г. Бюлл. изобретений JS 38.

18. Свиденко D.H. Некоторые закономерности механики контактного; взаимодействия сред и их прикладное использование.-//Теоретична и приложна механика. Книга I. София: БАЛ, 1981. С.632-637.

19. Свиденко D.H., Свашсулов К.Т. Развитие пластических деформаций осесимметричшд тел при. осеьо:л сжатии и с наложением сдвига. М.: ВИНИТИ, X98I. ГОо,.(Дбп, ii 5022 от 22.II.81 г.).

20. A.c. СССР Ji 90I08I. Колесо транспортного средства для движения по сыпучим грунтам. /Свиденко В.Н., Платаев А.Г., Абдулгафа-.рова Р.Я., Сагов М.С. - Опубликовано 30.01.82 г. Бюлл.изобр.Й 4.

21. Свиденко ВЛ. Теоретические разработки по установлений силовых параметров контактного взаимодействия плоских штатов с круговыми и прямоугольными телами в процессе осевого сжатия. М,: ВИНИТИ, 1982. 26с. (Деп..» 4710 от I.DL.82 г.).

22. Свиденко В.Н., Карпеток А.II., .Григуб В,К. Исследование механических свойств и структуры сталей. //Физико-химическая механика материалов, 1983, /в 2. С.92-94.

23. Свиденко В.Н. Современные представления о методах исследования сил внешнего трения и' составляющих контактных напряжений при деформировании твердых тел. М.: ВИНИТИ, 1985. 58с. (Деп. й 8595J

от 12.12,85 г.). '

24. Свиденко В.Н. Результаты исследований механики упругопласти-ческого контакта к некоторые их приложения. //Вестник АН КазССР,

' 1986, № I. С,20-23, • •

25. Свиденко В.Н., Даулетбаков А.И. Исследование механики силового взаимодействия различных опорных поверхностей с несвязной деформируемой средой. М.: ВИНИТИ, 1987, 28с. (Деп. В 2226 от 26.03. 87 г.).,

26. Свиденко В.Н,, Грков A.M. Особенности сопротивления разно-упрочняидихся материалов-пластическому деформированию. М.: ВИНИТИ,

, 1987. 55о. (Деп. № I94B от 6.01.87 г.). . '

27. Свиденко В.Н.,- Алимжанов М.Т, Результаты исследований по решению некоторых современных проблем трибомеханики. //Научно-технический прогресс в машиностроении. Выпуск 3,'Проблемы матерка-

лоемкости и долговечности в. машиностроении. 1".:'ИШТП, 1983. С.30-40. ' '

23. Свиденко IUI., Трубачев В.Г. К вопросу повышения прочностных свойств контактных поверхностей металлических тел лазерным легированием. //Известил ЛН КазСОР, Серия физико-математических наук, - 1933, К 0. С.14-18.

29. Свиденко Б.II., ПикаповскиЯ В.А,, Козлов С.-5. Приложение 'фундаментальных основ механики к разработке эффективных технологий производства аккумуляторов. //Электрохимическая энергетика. М.: МЭИ, 1989. С.127-128.

30. Свиденко D.H. Достижения л научног-технпческие проблемы порошковой металлургии. //Вестншс АН КазССГ, 1909, № 12. С.21-20.

31. Свиденко D.H. Силовые параметры при упругопластическсм контакте. Алма-Ата: Наука Казахской ССР, 1900, 255с. . •

32. Свиденко D.H. Приложение фундаментальных основ мехашнш к повышению проходимости колесных машин и эффективности работы опор • инженерных сооружений на местности с .несвязным покровом. М.¡ВИНИТИ, 199!. 37с. '(Деп. JS G73 от II.02.91-г.).,

33. Свиденко D.H., Даулетбаков А.И. К вопросу разработки технологии производства подката для жести из конверторной стали о использованием "транзитной" прокатки. М.: ВИНИТИ, .1991, 28с, (Деп.

ß 875 от II.01.91 г.).

34. Свиденко В.Н. Перспективы прикладного использования нэучно--техпологическйх основ порошковой металлургии в машиностроении. //Вестник АН КазССР, 1991, №8. С.28-36.

35. A.c. СССР № 1650365. Способ получения стального порошка из суружковых отходов стати. /Свиденко E.H., Карпеток А.Н., Квятков-скал И.Н. - Опубликовано 23.05.91 г. Бголл.изобретений № 19.

36. Свиденко В.П., Полывянный А.И, Приложение основ механики к решению актуальных проблем машиностроения. //Труды научной сессии Отделения фязшсо-математическнх наук HAH PK по развитию механики' и машиностроения в Казахстане. Алма-Ата: Гылым, 1992. С.21-27.

37. Свиденко В.II., Русин А.И. Сплавы для токоотводов аккумуляторов.' //Физико-химическая технология свица. Алма-Ата: Гылым, 1993. С.27-31.

Автор глубоко признателен научному консультанту М.Т.Алшжанову за постоянное внимание к работе и выражает сердечную благодарность своим коллегам В.Г.Березкину, А.Л.Винницкому; Л.М.Грекову, А.И.Дау-летбакову, Э.В.Лдангирову, Л.Н.Карпенюку, 1«.Н.Квятковской, С.Ф.Козлову, Г.Г.Курапову, В.Л.Лисшдону, Ф.К.Паю, А.И.Поянвяннсдау, И.Р.Полн-вянному, А.Л.Преснякову, К.Т.Сванкулову, В.К.Тркгубу, В.Г.Трубачеву, А.К.Тулеушеву, Б.И.Шкарлету и В.Я.Шулькину, с которыми создавались исследовательские комплексы, проводились эксперименты и обрабатывались результаты.

Автор скорбит по поводу рано ушедших от нас бескорыстных лодей, душевных товарищей, пытливых энтузиастов-исследователей А.Г.Зака и Н.П.Светова, внесших свой вклад в работу. Низкий им поклон и вечная слава !