Мостовые опоры служат связующим звеном при передаче нагрузок от пролетного строения на основание моста. Они защищают строение от сейсмических, ветровых, транспортных нагрузок, а также помогают удержать собственный вес надстройки. Чтобы совершать вращательные и поступательные движения в горизонтальном и поперечном направлении, в конструкции моста используются подшипники, а их работа и долговечность напрямую зависит от смазочного материала. Ученые Пермского Политеха провели натурные эксперименты с устойчивой к высоким и низким температурам смазкой и создали матмодель, описывающую ее работу в разных условиях. Алгоритм позволит проводить численное моделирование работоспособности конструкций на протяжении всего жизненного цикла, а также поможет сократить материальные и временные затраты специалистам в области мостостроения.
Работа опубликована в журнале Lubricants 2023. Испытания теплофизических, реологических и термомеханических характеристик материала проводились на базе лаборатории пластмасс ПНИПУ. Исследование поддержано грантом Российского научного фонда.
В настоящее время смазочные материалы применяются в различных областях человеческой деятельности: машиностроении, мостостроении, гидравлических системах и прочих механизмах. Они необходимы для уменьшения силы трения между подвижными деталями конструкции.
Дополнительно смазка выполняет функции охлаждения основных узлов, повышает срок их службы, защищает от коррозии, а также очищает от загрязнений. Политехники исследовали смазку ЦИАТИМ-221, которая широко применяется в мостовых подшипниках и создали матмодель чтобы учитывать динамические характеристики смазочного материала во времени при прогнозировании работы реальных конструкций.
«Поскольку смазочный материал должен сохранять свою структуру в широком диапазоне температур, для эксперимента мы выбрали морозо- и термостойкую смазку, что позволяет использовать ее как в жарких, так и в северных климатических зонах. Для определения деформационных свойств и геологии материала, мы проводили исследование с помощью ротационного вискозиметра в диапазоне температур от – 40 до 80 градусов», — поясняет старший научный сотрудник, доцент кафедры вычислительной математики, механики и биомеханики Пермского Политеха, кандидат технических наук Анна Каменских.
«Затем нами была создана математическая модель поведения и прогнозирования характеристик смазки. Для этого использовались данные скорости сдвига жидкого смазочного материала, давления и силы трения. Кроме того, учитывались результаты исследования поведения смазки при разных температурах. Таким образом, обработав данные при помощи созданного алгоритма, мы можем проводить численное моделирование работоспособности конструкций на протяжении всего их жизненного цикла в рамках компьютерного инжиниринга», — поделился младший научный сотрудник кафедры вычислительной математики, механики и биомеханики Юрий Носов.
По словам исследователей, разработанная математическая модель позволяет прогнозировать работу смазочного материала, исследуемого в подшипниках, решая одну из актуальных задач мостостроения.