При строительстве различных технических конструкций используют антифрикционные покрытия и прослойки. Это тонкий скользящий слой, который позволяет снизить трение между деталями конструкции или с внешними системами и увеличить срок их службы. В качестве покрытия используют полимерные и композиционные материалы, которые обладают повышенной устойчивостью к износу. Широкое применение они нашли в элементах опорных частей мостовых сооружений. От правильного подбора антифрикционного материала зависит надежность и долговечность конструкции. Для упрощения этого процесса ученые Пермского Политеха провели серию численных экспериментов и сравнили деформационное поведение различных антифрикционных покрытий. Использование численных методов уменьшит временные и денежные затраты, а также обеспечит безремонтную работу опорной части мостов.
Исследование опубликовано в журнале «Вестник ПНИПУ. Машиностроение. Материаловедение». Работа пермских ученых состояла из нескольких этапов численных и натурных экспериментов. Для исследования они выбрали два вида материала: полимерный – гамма-модифицированный фторопласт; и композиционный – фторопласт со сферическими бронзовыми включениями и дисульфидом молибдена – МАК.
По оригинальной методике политехники определили коэффициенты трения материалов по стальному хромированному и полированному листу без смазки и со смазкой при пяти уровнях давления. Для проведения испытаний на сдвиг со сжатием ученые использовали установку MTS 316 с двумя гидроприводами. Исследования проводились на базе лаборатории «Центр геомеханического моделирования» ПНИПУ. В результате экспериментов ученые установили сильное влияние смазки и нагрузки на коэффициент трения антифрикционных материалов.
«Далее с помощью численных экспериментов мы изучили деформирование слоя скольжения от четырех до восьми миллиметров из антифрикционных материалов при двух вариантах трения: с учетом и без учета смазочного материала в лунке. Углубление используется для того, чтобы смазка удерживалась на поверхности слоя скольжения и активно смазывала сопрягаемые поверхности. Под действием нагрузки геометрия лунки может деформироваться.
Мы установили, что независимо от толщины и фрикционных свойств прослойки из композиционного материала, углубления под смазку в ней практически не остается. При деформировании часть поверхности лунки начинает вступать в контактное взаимодействие со стальной плитой. У полимерного материала такого не наблюдается, так как прослойка из него менее подвержена деформированию при всех вариантах толщины слоя скольжения», – рассказывает аспирант кафедры вычислительной математики, механики и биомеханики Юрий Носов.
Таким образом, ученые выявили, что прослойка из полимерного материала – модифицированного фторопласта – обладает рядом преимуществ. Она меньше подвержена деформации, благодаря чему нагрузка на параметры контактного взаимодействия меньше.
Исследование пермских ученых позволит расширить область применения антифрикционных материалов на другие отрасли промышленности, например, машиностроительную и аэрокосмическую. В дальнейшем ученые планируют разработать программу для ЭВМ с полной автоматизацией построения численной модели и обработки результатов исследования. Разработка выполнена в рамках Программы академического стратегического лидерства «Приоритет-2030».