Механика контактного взаимодействия и разрушения тел с покрытиями

И.Г. Горячева, Е.В. Торская (Москва)

Исследование контактного взаимодействия двух тел, на одно из которых нанесено покрытие, является актуальной задачей, позволяющей оценить вероятность разрушения покрытия и тип разрушения.

Задача исследуется с учетом таких параметров, как геометрия контактирующих тел (в том числе учитывается шероховатость одного из тел), толщина покрытия, относительная твердость покрытия, степень сцепления покрытия с подложкой [1].

Осесимметричная задача решается с помощью интегральных преобразований Ханкеля. Пространственная задача, при постановке которой учитывается наличие трения между телами, исследуется с помощью двойных интегральных преобразований Фурье [2]. В обоих случаях для определения контактного давления и размеров области контакта используются итерационные процедуры.

Определяется напряженное состояние в покрытии, в основании и на границе их раздела. Анализируется влияние относительной толщины, относительной твердости покрытия, степени сцепления покрытия с основанием, а также макро - и микрогеометрии взаимодействующих тел и коэффициента трения на распределение напряжений, в частности, на величину максимальных значений напряжений и на местоположение этих максимумов. Особое внимание уделяется максимальным касательным, растягивающим и нормальным напряжениям, концентрация которых может привести к разрушению покрытия. В частности, показано, что в относительно твердых тонких покрытиях растягивающие напряжения концентрируются на границе раздела покрытия с основанием со стороны покрытия, что может привести к появлению вертикальных трещин, идущих вглубь покрытия. Максимальные касательные напряжения также концентрируются на границе раздела покрытия с основанием со стороны покрытия для относительно твердых, и со стороны основания для относительно мягких покрытий. При циклическом нагружении граница раздела является вероятным местом начала разрушения, связанного с накоплением усталостных повреждений (т.е. отслаивания покрытия).

 

1. Горячева И.Г. Механика фрикционного взаимодействия. М: Наука, 2001.

2. Торская Е.В. Исследование влияния трения на напряженное состояние тел с покрытиями. // Трение и износ, 23 (2002), N 2, cс 16-23.