Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Wear patterns and laws of wear - A review

Zmitrowicz A.

Journal of Theoretical and Applied Mechanics

|

2006

|

Vol. 44 nr 2

219-253

EN

Wear is a process of gradual removal of a material from surfaces of solids subject to contact and sliding. Damages of contact surfaces are results of wear. They can have various patterns (abrasion, fatigue, ploughing, corrugation, erosion and cavitation). The results of abrasive wear are identified as irreversible changes in body contours and as evolutions of gaps between contacting solids. The wear depth profile of a surface is a useful measure of the removed material. The definition of the gap between contacting bodies takes into account deformations of bodies and evolutions of wear profiles. The wear depth can be estimated with the aid of wear laws. Derived in this study, constitutive equations of anisotropic wear are extensions of the Archard law of wear. The equations describe abrasion of materials with microstructures. The illustrative example demonstrates calculations of the abraded mass and temperatures in pin-on-disc test rig.

PL

Zużycie jest to stopniowe usuwanie materiału z powierzchni stykających i ślizgających się ciał stałych. Następstwem zużycia są uszkodzenia powierzchni styku. Mogą one przyjmować różną formę (ścierania, zmęczenia, bruzdowania, korugacji, erozji i kawitacji ) Konsekwencjami procesu zużycia ściernego są nieodwracalne zmiany kształtów ciał oraz powiększanie luzów (szczelin) między stykającymi się ciałami. Użyteczną miarą usuniętego materiału jest profil głębokości zużycia powierzchni. Definicja luzu między stykającymi się ciałami uwzględnia odkształcenia ciał oraz ewolucję profili zużycia. Głębokość zużycia może być oszacowana z pomocą praw zużycia. Wyprowadzone w niniejszej pracy równania konstytutywne anizotropowego zużycia są rozszerzeniem prawa zużycia Archarda. Opisują one ścieranie materiałów z mikrostrukturą. W przykładzie ilustracyjnym obliczono ubytek masy i temperaturę w stanowisku doświadczalnym typu pin-on-disc.

2

Wear debris: a review of properties and constitutive models

Zmitrowicz A.

Journal of Theoretical and Applied Mechanics

|

2005

|

Vol. 43 nr 1

3--35

EN

Wear appears as gradual removal of a material from contacting and rubbing surfaces of solids during their relative sliding. The mechanism of wear involves formation of debris particles. The particles have small sizes and different shapes. The wear debris can be "rolled over" into cylindrical, spherical and needle-like particles. Particles are detached from rubbing surfaces and they form a more or less continuous interfacial layer. They transmit forces, moments and displacements (translational and rotational) at the contact interface. The presence of wear debris between sliding surfaces affects frictional and wear behaviour significantly. Constitutive relations characterize quasi-solid, quasi-fluid and granular-like behaviour of wear particles. In the paper, two constitutive models of wear debris are discussed: (a) material continuum, (b) granular medium. The continuum models are formulated for a micropolar thermoelastic material, micropolar fluid and thermo-viscous fluid.

PL

Zużycie jest to stopniowe usuwanie materiału ze stykających i trących się powierzchni ciał stałych podczas ich względnego poślizgu. Mechanizm zużycia powoduje tworzenie cząstek zużycia. Cząstki są o małych wymiarach i różnych kształtach. Cząstki zużycia mogą być "zrolowane" w walce, kule lub igiełki. Cząstki oddzielone od trących się powierzchni tworzą prawie ciągłą warstwę pośrednią. Przekazują one siły, momenty i przemieszczenia (translacyjne i obrotowe) w obszarze styku. Obecność cząstek zużycia między ślizgającymi się powierzchniami oddziaływuje w sposób istotny na zjawiska tarcia i zużycia. Relacje konstytutywne charakteryzują własności cząstek zużycia typu qusi-ciało stałe, quasi-płyn i ośrodek granulowany. W pracy rozpatrzono dwa modele konstytutywne cząstek zużucia: (a) model ośrodka ciągłego, (b) model ośrodka granulowanego. Modele typu ośrodka ciągłego zostały sformułowane dla mikropolarnego materiału termosprężystego, płynu mokropolarnego i płynu termo-lepkiego.

3

Variational descriptions of wearing out solids and wear particles in contact mechanics

Zmitrowicz A.

Journal of Theoretical and Applied Mechanics

|

2001

|

Vol. 39 nr 3

791-808

EN

Experimental studies demonstrated the central role played by wear particles in sliding contacts. In this contribution, the classical variational formulation of contact problems is extended to wearing out solids by including the interfacial layer of wear debris between contacting bodies. Variational formulations are developed starting from strong forms of governing relations for the wearing solids and the layer. An implementation of a finite element representation of the contact problem is presented. The Lagrange multiplier method is applied to determine contact forces and to satisfy kinematic contact constraints. Discretized forms of the variational functionals lead to equations which can be useful in numerical analysis.

PL

Wariacyjne opisy w mechanice kontaktu zużywających się ciał stałych i cząstek zużycia. Badania doświadczalne wskazały na istotną rolę, którą odgrywają cząstki zużycia znajdujące się w obszarach styku. W pracy uogólniono klasyczne sformułowania wariacyjne zagadnień kontaktowych na przypadek zużywających się ciał stałych uwzględniając warstwę cząstek zużycia między stykającymi się ciałami. Opisy wariacyjne wyprowadzono wychodząc z różniczkowych postaci równań stanu dla zużywających się ciał i warstwy cząstek zużycia. Przedstawiono implementację do metody elementów skończonych. Wykorzystano metodę mnożników Lagrange'a w celu określenia sił kontaktowych oraz spełnienia kinematycznych więzów styku. Dyskretne postacie funkcjonałów wariacyjnych prowadzą do równań, które mogą być użyteczne w analizie numerycznej.

4

Strong and Weak Formulations of Contact Problems with Various Laws of Friction, Frictional Heat and Wear

Zmitrowicz A.

Machine Dynamics Problems

|

2000

|

Vol. 24, No. 1

209-222

EN

Modern methods of analysis of contact problems are based on the variational approach which together with the finite element method expand possibilities of analysis in many cases. In this contribution, generalizations of classical variational formulations are given in the case of contact of rubbing and wearing solids. Variational formulations are developed starting from strong forms of governing relations for two contacting solids and an interfacial layer of wear debris. A definition of a contact gap between contacting solids is extended taking into account wear profiles. Constitutive models of friction, wear and frictional heat with anisotropy and inhomogeneity effects are applied. Using the finite element method, discretized forms of the variational functionals are presented.

5

Variational formulations of contact, friction and wear problems

Zmitrowicz A.

Zeszyty Naukowe Instytutu Maszyn Przepływowych Polskiej Akademii Nauk w Gdańsku

|

1999

|

nr 504/1463

3--111

EN

Modern methods of analysis of contact problems are based on the variational approach which together with the finite element method expand possibilities of analysis in many cases. In this study, generalizations of classical variational principles are given in the case of contact of rubbing and wearing solids. Variational formulations of deformations are developed starting from the strong forms of the governing equations for the contact problems. Different approaches are applied to calculations of contact forces and to satisfaction of kinematic contact constraints. Variational descriptions of a heat conduction in solids are presented in the case of a heat generated by friction process. Finite element implementation of the contact problems is discussed. Anisotropic and nonhomogeneous friction, frictional heat and wear are taken into account. Easy observable results of the wear process can be identified as an increase of a gap between the contacting bodies (wear profiles) and as activity of wear debris in the contact region. In this study, the definition of the gap between two contacting bodies is modified taking into account wear profiles. The classical variational setting of the contact problems is extended into three body contact by including the interfacial layer of wear debris with translational and rotational degrees of freedom. Discretized forms of the variational functionals lead to equations which can be useful in numerical analysis of machine component parts and tools operating in contact and friction conditions.

PL

Współczesne metody analizy zagadnień kontaktowych korzystają z podejścia wariacyjnego, które wraz z metodą elementów skończonych rozszerza możliwości analizy w wielu przypadkach. W pracy przedstawiono uogólnienie klasycznych zasad wariacyjnych na przypadek kontaktu trących i zużywających się ciał stałych. Wariacyjne opisy odkształceń wyprowadzono wychodząc z różniczkowych postaci równań stanu dla zagadnień kontaktowych. Różne podejścia zastosowano w celu obliczenia sił kontaktowych oraz spełnienia kinematycznych więzów kontaktu. Przedstawiono wariacyjne sformułowania przewodnictwa ciepła w przypadku ciepła generowanego w procesie tarcia. Następnie przedstawiono implementację do metody elementów skończonych. Uwzględniono anizotropowe i niejednorodne tarcie, ciepło tarcia i zużycie. Łatwymi do zaobserwowania objawami procesu zużycia są: powiększanie luzów między stykającymi się ciałami (profile zużycia) oraz obecność cząstek zużycia w strefie styku ciał . W pracy, zmodyfikowano definicję szczeliny między dwoma stykającymi się ciałami biorąc pod uwagę profile zużycia. Klasyczne wariacyjne sformułowania zagadnień kontaktowych rozszerzono na przypadek styku trzech ciał uwzględniając warstwę cząstek zużycia między stykającymi się ciałami. Dyskretne postacie funkcjonałów wariacyjnych prowadzą do równań, które mogą być użyteczne w analizie numerycznej części maszyn i narzędzi pracujących w warunkach kontaktu i tarcia.