Разработка методов прогнозирования физико-механических характеристик и создание высокоэффективных матричных композитов фрикционного назначения

При разработке и создании высокоэффективных трибокомпозитов состабильными фрикционно-износными характеристиками возникают вопросы подбора состава, структуры и концентрации компонентов, а также расчета их напряженно-деформированного состояния, распределения температурных полей, трибохарактеристик контакта и др. Поэтому разработка новых фрикционных композитов предполагает оптимизацию структуры неоднородных материалов по целому спектру физико-механических свойств (упругих, термодинамических и др.). Разрабатываемые трибокомпозиты должны обладать высокой механической прочностью, стабильными фрикционно-износными характеристиками, стойкостью к температурным воздействиям и влиянию внешних эксплуатационных факторов. Стохастическая структура трибоматериалов существенно ограничивает возможности типизации экспериментальных исследований. Небольшие изменения в структуре могут приводить к существенным изменениям их свойств. Поэтому важной задачей является построение математических моделей прогнозирования физико-механических характеристик фрикционных композитов при известных параметрах структуры, свойствах компонентов и видах прикладываемых воздействий. В результате выполнения проекта планируется построение новых и усовершенствование имеющихся моделей расчета физико-механических свойств фрикционных композитов (прежде всего упругих и теплопроводящих), а именно: эффективных (эксплуатационных); локальных (операторы концентрации физических полей, объемная плотность энергии деформации); предельных прочностных (при сжатии и сдвиге, основанных на анализе оператора концентрации полей напряжений). Теоретические модели будут опираться на обобщенное сингулярное приближение теории случайных полей и позволят учитывать состав, структуру (формы и ориентации), а также концентрацию компонентов разрабатываемых фрикционных материалов. Опираясь на проведенные теоретические исследования, планируется разработка и создание матричных композитов фрикционного назначения со стабильным коэффициентом трения, высокой износостойкостью при нагреве и стойкостью к внешним механическим воздействиям (гидроудары, вибрация и др.). Актуальность и практический интерес исследования обусловлены довольно значительным числом аварий, происходящих вследствие как износного разрушения материалов тормозов и муфт, так и из-за снижения в них (с ростом температуры) величины коэффициента трения, приводящего к потере эффективности работы фрикционных устройств, а также из-за внешних механических воздействий.