О возможности полного смятия микронеровностей элементов шероховатости тел из упругопластических материалов

Для предсказания теплового состояния конструкций точного приборостроения требуется учитывать структуру шероховатости контактирующих поверхностей. В моделировании теплового контакта шероховатых тел из металлических материалов не решенным оставался вопрос о необходимости применения многоуровневых моделей шероховатости, в том числе фрактальных. Если элементы шероховатости более высокого уровня не сглаживаются полностью при прижатии, то смогут оказывать влияние на процесс контактирования. Для проверки такой ситуации с использованием конечно-элементного программного комплекса ANSYS решены две модельные задачи упругопластического деформирования пирамид как объектов, подобных выступам шероховатости. Показано, что микронеровности на поверхности бугорков шероховатости не исчезают даже при существенном деформировании самих бугорков, на которых они расположены. Причиной этого является совокупность формы элементов шероховатости и упрочнения материала, а следствием - уменьшение площади фактического контакта.

Литература

[1] Holm R. Contact resistance especially at carbon contact // Zeitschrift fur Technische Physik. 1922. Vol. 3. No. 9. P. 290-294; No. 1. P. 320-327; No. 11. P. 349-357.

[2] Komvopoulos K. Effects of multi-scale roughness and frictional heating on solid body contact deformation // C.R. Mecanique. 2008. Vol. 336. P. 149-162. DOI: 10.1016/j.crme.2007.11.005

[3] Yovanovich M.M. Four Decades of Research on Thermal Contact, Gap, and Joint Resistance in Microelectronics // IEEE Transactions on Components and Packaging Technologies. 2005. Vol. 28. No. 2. P. 182-206. DOI: 10.1109/TCAPT.2005.848483

[4] Wang A.L., Zhao J.F. Review of prediction for thermal contact resistance // Science China. Technological Sciences. Vol. 53. No. 7. 2010. P. 1798-1808. DOI: 10.1007/s11431-009-3190-6

[5] Зарубин В.С., Кувыркин Г.Н. Особенности математического моделирования технических устройств // Математическое моделирование и численные методы. 2014. № 1. C. 5-17.

[6] Комплексы командных приборов космического назначения. Состояние и перспективы развития / Ю.В. Ленский, А.В. Науменко, В.А. Немкевич, С.Б. Саввин, А.И. Сапожников, Д.Б. Федоров, Ю.И. Червяков // Труды ФГУП "НПЦ АП". 2007. № 1. С. 34-47.

[7] Archard J.F. Elastic deformation and the laws of friction // Proceedings of the Royal Society. Series A. Mathematical and Physical Sciences. 1957. Vol. 243. No. 1233. P. 190-205. DOI: 10.1098/rspa.1957.0214

[8] Zavarise G., Borri-Brunetto M., Paggi M. On the reliability of microscopical contact models // Wear. 2004. Vol. 257. P. 229-245. DOI: 10.1016/j.wear.2003.12.010

[9] Murashov M.V., Panin S.D. Modeling of thermal contact conductance // Proceedings of the International heat transfer conference IHTC14, August 8-13, 2010, Washington, DC, USA. Vol. 6. P. 387-392. DOI: 10.1115/IHTC14-22616

[10] Сычев М.П., Мурашов М.В. Моделирование контактного сопротивления // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Приборостроение. Спец. вып. "Информационные технологии и компьютерные системы". 2011. C. 12-18.

[11] Murashov M.V., Panin S.D. Numerical modelling of contact heat transfer problem with work hardened rough surfaces // International Journal of Heat and Mass Transfer. 2015. Vol. 90. P. 72-80. DOI: 10.1016/j.ijheatmasstransfer.2015.06.024

[12] Moore A.J.W. Deformation of Metals in Static and in Sliding Contact // Proceedings of the Royal Society of London. Series A: Mathematical, physical and engineering sciences. 1948. Vol. 195. P. 231-244. DOI: 10.1098/rspa.1948.0116

[13] Greenwood J.A. Constriction resistance and the real area of contact // British Journal of Applied Physics. 1966. Vol. 17. No. 12. P. 1621-1632. DOI: 10.1088/0508-3443/17/12/310

[14] Кочергин К.А. Контактная сварка. Л.: Машиностроение, 1987. 240 с.

[15] Cai S. 3D numerical modeling of dry/wet contact mechanics for rough, multilayered elastic-plastic solid surfaces and effects of hydrophilicity / hydrophobicity during separation with applications. PhD thesis. The Ohio State University, Columbus, Ohio, USA. 2008. 228 p.

[16] Сопротивление деформации и пластичность металлов при обработке давлением / Ю.Г. Калпин, В.И. Перфилов, П.А. Петров, В.А. Рябов, Ю.К. Филиппов. М.: Машиностроение, 2011. 244 с.