Фрикционное взаимодействие тел практически всегда сопровождается процессом изнашивания материалов. Избавиться от износа практически невозможно, но существуют способы уменьшения его скорости, например, за счет наведения в приповерхностных слоях взаимодействующих тел полей остаточных напряжений. Для управления процессом изнашивания необходимо установить зависимость скорости изнашивания от величины остаточных напряжений при заданных условиях контактного взаимодействия.
В данной работе рассматривается фрикционный контакт упругого цилиндра и упругой преднапряженной полуплоскости. Из решения контактной задачи получено поле внутренних напряжений в полуплоскости, которое затем используется для анализа поврежденности материала в условиях циклических перемещений цилиндра по границе полуплоскости. При исследовании процесса накопления контактно-усталостных повреждений используется макроскопический подход [1], основанный на построении внутри упругого тела функции поврежденности, зависящей от критериальных значений внутренних напряжений, в частности, напряжений фон Мизеса. Остаточные напряжения в полуплоскости моделируются растягивающими или сжимающими напряжениями, распределенными заданным образом по глубине в приповерхностном слое материала основания. Проведен анализ влияния суммарного поля внутренних напряжений на процесс накопления контактно-усталостных повреждений в условиях циклических перемещений цилиндра при различных видах распределения остаточных напряжений в материале основания. Установлено, что за счет наведения в приповерхностных слоях контактирующих тел полей сжимающих остаточных напряжений можно уменьшить скорость накопления подповерхностной поврежденности в материале основания тел [2]. Показано также, что протекающее одновременно с усталостным абразивное изнашивание материала может существенно повлиять на глубину зарождения усталостных повреждений и на характер контактно-усталостного изнашивания основания в условиях циклических перемещений контртела.
Таким образом, с помощью наведения соответствующим образом распределенных полей остаточных напряжений в подповерхностных слоях контактирующих тел при заданных условиях фрикционного взаимодействия (трение скольжения/качения) можно управлять характером и скоростью изнашивания, избегая подповерхностного отслаивания по контактно-усталостному механизму.
Работа выполнена в рамках крупного научного проекта при финансовой поддержке Минобрнауки России (соглашение № 075-15-2024-535 от 23.04.2024).
[1] Горячева И.Г. Механика фрикционного взаимодействия – Москва, 2001. – 478 с.
[2] Горячева И.Г., Яковенко А.А., Гачегова Е.А., Пантелеев И.А. Моделирование влияния остаточных напряжений на контактно-усталостное разрушение упругих тел в условиях трения скольжения/качения // Физическая мезомеханика. – 2025. – т. 28, № 4. – с. 77-95.