Развитие методов решения задач механики дискретного контакта применительно к проблемам герметологии

Проект направлен на построение новых математических моделей контактного взаимодействия и изнашивания деформируемых тел с учетом микрогеометрии их поверхностей, ориентированных на прогнозирование работы механических уплотнений. При его реализации будут использованы и получат дальнейшее развитие методы механики контактного взаимодействия, в том числе теории износоконтактных задач. В связи с повышением требований к надежности работы механических уплотнений, определяемой, прежде всего, их герметичностью и долговечностью, актуальна задача изучения контактного взаимодействия и изнашивания сопряжений с учетом параметров микрогеометрии их поверхностей, механических свойств тел, а также стохастического изменения внешней нагрузки и скорости скольжения в условиях фрикционного взаимодействия. Для верификации разработанных моделей актуальны экспериментальные исследования, направленные на определение механических свойств и трибологических характеристик уплотнительных материалов. Научная новизна планируемых исследований заключается: • в разработке методов решения пространственных периодических контактных задач для трансверсально-изотропного упругого полупространства; • в разработке метода расчета зазора между поверхностями, одна из которых является изотропным или трансверсально-изотропным упругим, а также вязкоупругим полупространством, а другая имеет заданный двоякопериодический рельеф; • в построении численно-аналитических моделей контактного взаимодействия в уплотнительном сопряжении с учетом микрогеометрии контактирующих поверхностей на основе теорий линейной упругости и идеальной пластичности и обоснованных теоретически и экспериментально допущений, а также верификации моделей с помощью прямого численного моделирования методом конечных элементов; • в разработке математических моделей работы уплотнений на основе неоднородных (гетерогенных) материалов и протекания жидкости в зазоре между поверхностями; • в разработке и численной реализации теоретической модели процесса изнашивания, которая позволит учитывать совместное влияние факторов поверхностной микротекстуры контртела и стохастического изменения внешней нагрузки и скорости скольжения; • в комплексном применении экспериментальных методов исследования поверхности и поверхностных слоев для оценки влияния механических характеристик материала уплотнения и микрорельефа контактирующей поверхности контртела на контактные и трибологические характеристики в заданном диапазоне изменения нагрузочно-скоростных параметров взаимодействия контртела с образцами уплотнительных материалов. На основании разработанных моделей и полученных теоретических и экспериментальных результатов будут даны практические рекомендации по способам повышения герметичности и долговечности по износу механических уплотнений. В частности, моделирование контактного взаимодействия материала уплотнительного элемента с контртелом, обладающим определенным поверхностным рельефом, позволит научно обосновать выбор параметров микрогеометрии поверхности, обеспечивающих требуемую степень герметичности при заданных свойствах уплотнительного материала и условиях эксплуатации сопряжения.