Особенности конечно-элементного решения задачи определения площади фактического контакта шероховатых тел

ISSN 0236-3933. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Приборостроение. 2016. № 4

УДК 519.6

DOI: 10.18698/0236-3933-2016-4-19-32

ОСОБЕННОСТИ КОНЕЧНО-ЭЛЕМЕНТНОГО РЕШЕНИЯ ЗАДАЧИ

ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПЛОЩАДИ ФАКТИЧЕСКОГО КОНТАКТА

ШЕРОХОВАТЫХ ТЕЛ

М.В. Мурашов

murashov@bmstu.ru

С.Д. Панин

МГТУ им. Н.Э. Баумана, Москва, Российская Федерация

Аннотация

Ключевые слова

Решение задач контакта в точном приборостроении и

прецизионном машиностроении позволяет прогнозиро-

вать тепло- и электропроводность контактов, трение и

износ деталей приборов. Определяющим параметром в

контактной задаче является площадь фактического кон-

такта. Рассмотрен способ определения площади фактиче-

ского контакта при взаимодействии двух шероховатых тел

под действием внешнего давления. На примере тел мик-

ронных размеров изучено влияние на результат плотности

сеточного разбиения. Даны рекомендации по выбору

плотности сеток для снижения погрешностей расчета.

Проведено сравнение результатов расчетов для моделей с

шероховатостью первого и второго уровней. Показано, что

при отсутствии учета размерного эффекта внедрения при

переходе на модель с шероховатостью второго уровня

площадь фактического контакта меняется несущественно

Фактическая площадь кон-

такта, шероховатость,

метод конечных элементов,

упругопластическая

деформация, ANSYS

Поступила в редакцию 28.07.2015

Задачи контакта твердых тел играют важную роль в точном приборостроении,

электродинамике, трибологии, а также в автомобильной, аэрокосмической и

атомной отраслях промышленности и др. Существенные проблемы при описа-

нии контактов возникают в интенсивно развивающихся областях микро- и

нанотехнологий, особенно при проектировании микроэлектромеханических

устройств.

Площадь фактического контакта деформированных поверхностей полно-

стью определяет результаты последующих расчетов теплопроводности, трения

и ряда других физических явлений. До сих пор не создано методики расчета

площади фактического контакта ввиду сложной, часто хаотичной формы кон-

тактирующих поверхностей и отсутствия достаточного представления о меха-

низмах взаимодействия элементов поверхностей на микроуровне.

Шероховатость в природе трехмерна, а двумерные модели контакта

представляют собой упрощение. Одним из вариантов задания трехмерных

шероховатых поверхностей является использование фрактальной функции