Способ определения области контакта

(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт механики металлополимерных систем имени В.А. Белого Национальной академии наук Беларуси(72) Автор Шилько Сергей Викторович(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт механики металлополимерных систем имени В.А. Белого Национальной академии наук Беларуси(57) 1. Способ определения области контакта, согласно которому образец приводят в контакт с контробразцом и производят нагружение, отличающийся тем, что нагружение осуществляют путем циклического сжатия с амплитудой, равной номинальному значению нагрузки, причем нагружение проводят при постоянном номинальном усилии сжатия и циклическом сдвиге, не вызывающем макроскольжения контактирующих тел, о размерах области контакта судят по внешней границе зоны изнашивания, регистрируемой с помощью профилометрии. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что нагружение осуществляют в среде жидкости или газа, вызывающей коррозию материала контактирующих тел. 8053 1 2006.04.30 Изобретение относится к трибологии и может быть использовано для определения параметров контакта в узлах трения. Большинство известных способов определения области контакта основано на измерении контактных деформаций и давлений либо использовании явлений переноса энергии и массопереноса 1-3. В частности, в соответствии с прототипом 4 на поверхность образца наносят пленку вещества - индикатора, поверхность образца сопрягают с поверхностью контробразца, осуществляют трение между образцом и контробразцом, а о зонах контактирования судят по площади участков поверхности образца, на которых произошло разрушение пленки, причем пленку создают в виде окиси материала образца. При использовании способа из-за различия свойств материала образца и индикаторной окисной пленки область контакта определяется для образца с покрытием. Требуется операция по созданию окисной пленки на поверхности образца, что для многих материалов затруднено. Заявляемое изобретение направлено на повышение точности и уменьшение трудоемкости определения области контакта, а также расширение области применения. Решение указанных задач достигается тем, что образец приводят в контакт с контробразцом и производят нагружение, причем нагружение осуществляют путем циклического сжатия с амплитудой, равной номинальному значению нагрузки, причем нагружение проводят при постоянном номинальном усилии сжатия и циклическом сдвиге, не вызывающем макроскольжения контактирующих тел, о размерах области контакта судят по внешней границе зоны изнашивания, регистрируемой с помощью профилометрии. Решение указанных задач достигается также тем, что нагружение осуществляют в среде жидкости или газа, вызывающей коррозию материала контактирующих тел. На фиг. 1 показана схема контактирования при сжатии с указанием зон проскальзывания на фиг. 2 показан типичный профиль и вид контактной поверхности при локальном изнашивании на фиг. 3 показана диаграмма внедрения сферического индентора на фиг. 4 показана поверхность образца с кольцевой зоной износа. В соответствии с фиг. 1 в сопряжении образца 1 и контробразца 2 под действием нагрузки формируется область контакта 3. При сжатии тел с различными механическими свойствами и кривизной поверхности, что характерно для подавляющего большинства сопряжений, имеет место локальное скольжение (проскальзывание) в краевых зонах контакта, как показано на фиг. 1. Проскальзывание происходит непрерывно в процессе сжатия и вызывает изнашивание контактной поверхности образца и контробразца, как показано на фиг. 2. Максимальная интенсивность изнашивания соответствует амплитудному значению нагрузки и периферийным участкам контакта, где работа сил трения максимальна. Таким образом, внешней границей локализации износа является контур области контакта. При повторении цикла нагружения происходит увеличение глубины износа, что способствует получению более отчетливой границы области контакта. Затем граница контакта регистрируется известными способами профилометрии. Визуализация контура области контакта по заявляемому способу осуществляется также в условиях непредельного сдвига. С этой целью при действии постоянного сжимающего усилия на образец действуют знакопеременным тангенциальным усилием, не превышающим силу трения (при этом макроскольжение образца отсутствует). Так как в данном случае амплитуда проскальзывания мала по сравнению с размером области контакта, заметного изменения области контакта не происходит. Использование коррозионно-активной по отношению к материалу образца и (или) контробразца среды в виде жидкости или газа ускоряет визуализацию области контакта вследствие изнашивания по коррозионно-механическому типу. При этом интенсивность коррозии наиболее высока на внешнем контуре зоны проскальзывания, что обусловлено механической активацией поверхности. 8053 1 2006.04.30 Заявляемый способ был реализован в лабораторных условиях для определения области контакта при взаимодействии образца из упругого низкомодульного материала (резины) и контробразца в виде стального шара диаметром 25,4 мм. Нагружение в режиме циклического вдавливания производили на испытательном стенде 5567. Цикл сжатия, диаграмма которого приведена на фиг. 3, повторялся 30 раз. Амплитуда глубины внедрения составляла 4 мм. Осмотр образца показал образование следов проскальзывания в виде светлого кольцевого пояска на поверхности образца черного цвета, как видно на изображении, полученном при помощи видеокамеры (фиг. 4). Изнашивание поверхности образца локализуется в периферийных участках контакта и внешняя граница износа совпадает с контуром области контакта. Как видно из фиг. 3 и 4, остаточная (пластическая) деформация образца отсутствует. Исключение пластической деформации позволяет уменьшить повреждение контактной поверхности, варьировать испытательную нагрузку в широких пределах и проводить испытания практически любых упругих материалов. Следовательно, применение способа позволяет расширить перечень диагностируемых материалов и узлов трения, повысить эффективность и точность определения области контакта сопряженных тел. Источники информации 1. Мышкин Н.К., Петроковец М.И. Трибология. Принципы и приложения. -Гомель ИММС НАНБ, 2002. - С. 78. 2. Белый В.А., Свириденок А.И., Петроковец М.И., Савкин В.Г. Трение и износ материалов на основе полимеров. - Мн. Наука и техника, 1976. - С. 88-92. 3. Шилько С.В. Экспериментальные и расчетно-экспериментальные методы определения контактных напряжений. // Трение и износ. - Ч.1. - 1996. - Т. 16. -2. - С. 259-270. 4. А.с. СССР 911215, МПК 01 3/56, 1982 (прототип). Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.