Моделирование и экспериментальное исследование изнашивания волокнистых фрикционных композитов.

Проект направлен на разработку аналитических моделей и экспериментальное исследование изнашивания волокнистых композиционных материалов, используемых в тяжелонагруженных узлах трения, с целью установления связи между структурой волокнистых композиционных материалов и их трибологическими характеристиками. Актуальность проблемы обусловлена все более широким применением композиционных материалов в узлах трения вследствие их относительно низкой себестоимости и высоких эксплуатационных характеристик. Поскольку эксплуатационные характеристики композитов в значительной степени зависят от их структуры и свойств составляющих их структурных элементов, то для целенаправленного конструирования композиционных материалов и выбора технологии их изготовления необходимо проведение исследований, заявленных в проекте. Одной из основных трибологических характеристик, исследованию которой будет уделено основное внимание, является интенсивность изнашивания, определяющая долговечность работы тяжелонагруженных трибосопряжений, в частности, тормозных систем. Научная значимость планируемых исследований обусловлена тем, что в процессе выполнения проекта будут значительно усовершенствованы научные подходы и методики исследования фрикционных свойств композиционных материалов. Будут разработаны аналитические модели процессов изнашивания волокнистых композиционных материалов и методики их экспериментальных исследований, направленные на верификацию построенных моделей и анализ механизмов изнашивания рассматриваемых композитов в заданных режимах трения. Будут получены и проанализированы (на основе проведенных модельных расчетов и экспериментальных исследований) зависимости трибологических характеристик исследуемых композитов от механических, прочностных и теплофизических свойств их структурных составляющих, размера и расположения волокон в матрице и их положения по отношению к поверхности трения, а также от свойств промежуточного слоя между волокном и матрицей. Научная новизна заявленных исследований состоит в комплексном теоретико-экспериментальном подходе к исследованию изнашивания волокнистых композиционных материалов. Этот подход будет включать в себя решение новых задач механики контактных взаимодействий, направленных на построение моделей отделения частиц износа и отдельных волокон с поверхности трения, на моделирование формоизменения поверхности композиционного материала, перераспределения контактных давлений, развития явления термоупругой неустойчивости и взаимосвязи процессов фрикционного разогрева и изнашивания, на анализ влияния структуры композита и механических, прочностных и теплофизических свойств его составляющих на его изнашивание и фрикционный разогрев, и проведение экспериментальных исследований по верификации разработанных моделей и определению механизмов изнашивания исследуемых композиционных материалов. Такой комплексный подход к исследованию изнашивания композиционных материалов, включающий одновременно моделирование трения на разных масштабных уровнях, экспериментальные исследования и изучение микроструктуры материала, который будет впервые осуществлен в рамках проекта, позволит в итоге выработать рекомендации по структуре композита, обеспечивающей повышение его износостойкости и долговечности работы в заданных эксплуатационных режимах.