КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

---

Номер проекта 25-11-00350

НазваниеРазвитие методов решения задач механики дискретного контакта применительно к проблемам герметологии

Руководитель Горячева Ирина Георгиевна, Доктор физико-математических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем механики им. А.Ю. Ишлинского Российской академии наук , г Москва

Конкурс №104 - Конкурс 2025 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 01 - Математика, информатика и науки о системах; 01-302 - Контактное взаимодействие

Ключевые слова Дискретный контакт, упругая и пластическая деформации, межконтактный зазор, микрогеометрия поверхности, износ, механическое уплотнение, текстура поверхности.

Код ГРНТИ27.35.31

---

 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

---

Аннотация
Проект направлен на построение новых математических моделей контактного взаимодействия и изнашивания деформируемых тел с учетом микрогеометрии их поверхностей, ориентированных на прогнозирование работы механических уплотнений. При его реализации будут использованы и получат дальнейшее развитие методы механики контактного взаимодействия, в том числе теории износоконтактных задач. В связи с повышением требований к надежности работы механических уплотнений, определяемой, прежде всего, их герметичностью и долговечностью, актуальна задача изучения контактного взаимодействия и изнашивания сопряжений с учетом параметров микрогеометрии их поверхностей, механических свойств тел, а также стохастического изменения внешней нагрузки и скорости скольжения в условиях фрикционного взаимодействия. Для верификации разработанных моделей актуальны экспериментальные исследования, направленные на определение механических свойств и трибологических характеристик уплотнительных материалов. Научная новизна планируемых исследований заключается: • в разработке методов решения пространственных периодических контактных задач для трансверсально-изотропного упругого полупространства; • в разработке метода расчета зазора между поверхностями, одна из которых является изотропным или трансверсально-изотропным упругим, а также вязкоупругим полупространством, а другая имеет заданный двоякопериодический рельеф; • в построении численно-аналитических моделей контактного взаимодействия в уплотнительном сопряжении с учетом микрогеометрии контактирующих поверхностей на основе теорий линейной упругости и идеальной пластичности и обоснованных теоретически и экспериментально допущений, а также верификации моделей с помощью прямого численного моделирования методом конечных элементов; • в разработке математических моделей работы уплотнений на основе неоднородных (гетерогенных) материалов и протекания жидкости в зазоре между поверхностями; • в разработке и численной реализации теоретической модели процесса изнашивания, которая позволит учитывать совместное влияние факторов поверхностной микротекстуры контртела и стохастического изменения внешней нагрузки и скорости скольжения; • в комплексном применении экспериментальных методов исследования поверхности и поверхностных слоев для оценки влияния механических характеристик материала уплотнения и микрорельефа контактирующей поверхности контртела на контактные и трибологические характеристики в заданном диапазоне изменения нагрузочно-скоростных параметров взаимодействия контртела с образцами уплотнительных материалов. На основании разработанных моделей и полученных теоретических и экспериментальных результатов будут даны практические рекомендации по способам повышения герметичности и долговечности по износу механических уплотнений. В частности, моделирование контактного взаимодействия материала уплотнительного элемента с контртелом, обладающим определенным поверхностным рельефом, позволит научно обосновать выбор параметров микрогеометрии поверхности, обеспечивающих требуемую степень герметичности при заданных свойствах уплотнительного материала и условиях эксплуатации сопряжения.

Ожидаемые результаты
Построение в процессе выполнения проекта решений нового класса задач механики дискретного контакта, учитывающих как макро-, так и микро- геометрию контактирующих поверхностей, актуально для совершенствования уплотнительных устройств, поскольку в связи с развитием методов технологической обработки и создания на контактирующих поверхностях определенного функционально ориентированного рельефа (текстуры) встает задача управления рельефом поверхностей уплотнений для повышения их надежности и долговечности. Полученные методы могут быть также использованы для разработки способов управления эксплуатационными характеристиками и других трибосопряжений с плотным контактом (поршневых компрессионных колец, упорных подшипников скольжения и т.д.). Значительное внимание в проекте будет уделено моделированию объема межконтактного пространства при заданных параметрах периодического микрорельефа поверхности жесткого тела и механических характеристиках материала уплотнителя (будут рассмотрены случаи изотропных и трансверсально-изотропных упругих тел, упругопластических и вязкоупругих материалов). С использованием упругопластической модели материала уплотнителя будут определены условия, при которых происходит закрытие зазоров между поверхностями. Будет проведен анализ влияния параметров микрорельефа поверхности жесткого тела на зависимость его внедрения в материал уплотнителя от приложенного давления, а также предложены характеристики микрорельефа поверхности, обеспечивающие минимальный объем межконтактного пространства при заданной величине приложенного давления. Проведение таких исследований и разработка способов управления герметичностью уплотнений особенно важно для повышения надежности уплотнительных устройств, используемых в различных отраслях промышленности, таких как атомная, аэрокосмическая, автомобильная, нефтегазовая, химическая и другие. Планируется разработать и численно реализовать теоретическую модель процесса изнашивания эластичных материалов, новизна которой состоит в совместном учете факторов наличия поверхностной микротекстуры у контртела и стохастического изменения внешней нагрузки и скорости скольжения. Применительно к механическому уплотнению вала такая модель позволит корректно описать процесс изнашивания уплотнения и дать достоверный прогноз его долговечности. Одновременно с разработкой математических моделей (главным образом основанных на аналитических методах исследования) будут проведены эксперименты с материалами, используемыми в механических уплотнениях. Будут экспериментально получены значения коэффициента трения и интенсивности изнашивания образцов уплотнительных материалов при контактном взаимодействии с контртелами, имеющими различный поверхностный рельеф, а также изучено влияние параметров микрогеометрии поверхности на податливость контакта жесткого шероховатого индентора с материалом уплотнителя. Будет проведено сопоставление результатов эксперимента и моделирования. Результаты полученных исследований будут использованы при анализе уплотнительных свойств используемых в промышленности уплотнительных материалов в конкретных устройствах, а также для выработки предложений по улучшению их функциональных характеристик за счет создания определенной геометрической микротекстуры поверхности контртела.

---

 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

---