3 / 14
Изучением контактной теплопроводности занимаются уже более
100 лет [6–8]. Разработано несколько моделей проводимости тепло-
ты через контакт [9–13]. Однако до настоящего времени отсутствует
достоверная методика предсказания параметров контактного теплооб-
мена. При этом возможности эксперимента ограничены и недостаточ-
ны [14].
С появлением ЭВМ уже в 1960-е годы начались попытки расче-
та двумерных моделей представительных областей контактирующих
шероховатых поверхностей с профилями, полученными либо с помо-
щью 2D-профилометра, либо стохастическим моделированием [15].
Вследствие недостаточной мощности вычислительной техники даже
для таких расчетов в работах [15–17] была предложена методика све-
дения в рамках упругости контакта двух шероховатых поверхностей к
контакту шероховатой поверхности, принимаемой за эквивалентную,
с недеформируемой плоскостью. При этом у шероховатой поверхно-
сти вводился приведенный модуль упругости. В этом случае контакт
предполагался без трения, адгезии, с малыми шагами шероховатости
и двумерным [18].
В последние 10 лет приступили к моделированию трехмерного
контакта двух шероховатых поверхностей без допущения о контак-
те с плоскостью [19–21]. Так, в работе [19] с применением конечно-
элементного программного комплекса ANSYS решены пространствен-
ные задачи деформирования и теплопроводности для контактирующих
тел с учетом микрошероховатости, т.е. негладкости самих элементов
шероховатости.
Отметим, что численная реализация нелинейных моделей контак-
та, учитывающих структуру шероховатой поверхности, представляет
значительные трудности. Они обусловлены как трудностями сходи-
мости нелинейного решения, так и множеством параметров сеточно-
го построения и контактных алгоритмов, оказывающих существенное
влияние на результаты.
В задаче деформирования счет обычно прерывается ввиду иска-
жения сетки или выхода тел из контакта при большом механическом
движении одного из контактирующих тел как твердого. Провоциру-
ющими ошибки решателя являются не только требуемые в данном
классе задач пластические свойства материала и острые вершины по-
верхности, но и неверно принятые подходы и заданные параметры,
такие, как сильная неоднородность сетки конечных элементов, слиш-
ком крупный шаг нагружения, начальные условия контакта и др.
Если не произошло преждевременной остановки расчета по ошиб-
ке вычисленная площадь фактического контакта может в несколько
раз отличаться от истинного значения. Неверный выбор параметров
расчета в программном комплексе ANSYS и (или) неверное разбиение
ISSN 0236-3933. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. “Приборостроение”. 2016. № 1 131