Моделирование поврежденности и разрушения тел
с покрытиями в условиях контактного взаимодействия
,
Москва, Россия
В настоящее время широко используются различные типы покрытий, обеспечивающие увеличение долговечности сопряжений, работающих в условиях фрикционного контакта. При этом разрушение покрытий может происходить различным образом. Одним из распространенных видов разрушения является поверхностное изнашивание; в случае относительно жестких покрытий помимо изнашивания может иметь место нарушение связи покрытия с подложкой и его отслаивание вследствие контактно-усталостного разрушения [1]. Поэтому актуальным является моделирование контактно-усталостного разрушения покрытия при многоцикловом фрикционном нагружении.
В данной работе предложена модель расчета кинетики усталостного разрушения тела с покрытием периодической системой скользящих инденторов, моделирующих микронеровности поверхности. Метод основан на решении контактной задачи для периодической системы инденторов и двухслойного упругого основания [2], определении внутренних напряжений с учетом сил трения и построении функции поврежденности Q(t) в двухслойном основании [3]. Скорость накопления поврежденности определяется из соотношения [2]:
где с и m – постоянные, определяемые экспериментально, 
– разница между максимальным и минимальным значениями максимальных касательных напряжений в точке (x, y,z) за один цикл нагружения.
Проведен расчет кинетики усталостного разрушения поверхностного слоя (покрытия). Пример расчета представлен на рисунке для m=2 (линия 1), m=5 (линия 2). Функция 
характеризует смещение верхней границы упругого слоя (уменьшение толщины покрытия) вследствие его разрушения. Скачкообразные изменения функции соответствуют актам подповерхностного разрушения, сопровождающегося послойным отделением материала покрытия. Между ними происходит поверхностный износ, скорость которого не является постоянной. При m=5 временной отрезок перед каждым следующим актом разрушения увеличивается, а толщина отделяемых слоев уменьшается.
Анализ результатов позволил выявить особенности процесса накопления повреждений в зависимости от прочностных и механических свойств материалов покрытия и основания, нагрузочных и геометрических характеристик системы, коэффициента трения, а также степени сцепления покрытия с подложкой. Показано, что кинетика изнашивания двухслойного основания отличается от кинетики изнашивания однородного основания при тех же условиях нагружения. Поверхностное изнашивание покрытия происходит неравномерно, что объясняется изменением его напряженного состояния при уменьшении толщины в результате разрушения.
Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (гранты а и а)
Литература
1. Dahm K. L., Torskaya E., Goryacheva I., Dearnley P. A. Tribological effects on subsurface interfaces // Proc. IMechE. Pt J: Engineering Tribology. 2007. Vol.221. № 3. P. 345-353.
2. Горячева И. Г. Механика фрикционного взаимодействия. М.: Наука. 20с.
3. , Торская контактно-усталостного разрушения двухслойного упругого основания. МТТ, 2008, №3, стр.132-144.
