Экспериментальные и численные исследования деформационного поведения различных антифрикционных покрытий элементов опорных частей мостовых сооружений провели ученые Пермского национального исследовательского политехнического университета (ПНИПУ), 15 сентября сообщает пресс-служба вуза.

Исследованием специалистов ПНИПУ было установлено, что полимерные материалы обладают повышенной устойчивостью к износу по сравнению с композиционными.

Результаты исследования ученые представили в статье «Анализ контактного деформирования плоской антифрикционной полимерной прослойки из разных материалов», опубликованной в журнале «Вестник ПНИПУ. Машиностроение. Материаловедение», 2022.

Антифрикционные покрытия и прослойки используются в узлах трения различных технических конструкций, они позволяют снизить влияние трения между деталями конструкции или с внешними системами. Задачей таких покрытий является увеличение срока службы изделия.

Материалы, которые часто применяются в качестве защитных, защитно-упрочняющих и антифрикционных покрытий и прослоек, это сверхвысокомолекулярные полиэтилены и композиционные материалы на их основе, модифицированные фторопласты и антифрикционные материалы на основе.

Определение свойств полимерных и композиционных материалов, используемых в качестве антифрикционных покрытий, является одним из актуальных направлений исследований, поскольку от правильного подбора такого материала зависит надежность и долговечность конструкций.

Ученые ПНИПУ выполнили с этими целями несколько этапов численных и натурных экспериментов, которые проводились на базе лаборатории «Центр геомеханического моделирования» университета.

Ими были исследованы два вида антифрикционных материалов: полимерный — гамма-модифицированный фторопласт, и композиционный — фторопласт со сферическими бронзовыми включениями и дисульфидом молибдена (МАК).

Применяя ранее разработанную ими методику, исследователи определили коэффициенты трения материалов по стальному хромированному и полированному листу без смазки и со смазкой при пяти уровнях давления. Испытания на сдвиг со сжатием были проведены на установке MTS 316 с двумя гидроприводами.

Эксперименты показали сильное влияние смазки и нагрузки на коэффициент трения антифрикционных материалов.

«Далее с помощью численных экспериментов мы изучили деформирование слоя скольжения от 4 до 8 мм из антифрикционных материалов при двух вариантах трения: с учетом и без учета смазочного материала в лунке», — рассказал аспирант кафедры вычислительной математики, механики и биомеханики Юрий Носов.

Лунка — это углубление, которое используется для того, чтобы смазка удерживалась на поверхности слоя скольжения и активно смазывала сопрягаемые поверхности. Нагрузка может привести к деформации лунки.

Ученые установили, что в случае композиционных материалов независимо от толщины и фрикционных свойств прослойки, углубление под смазку в ней исчезает. При этом часть поверхности лунки начинает контактировать со стальной плитой.

Прослойка из полимерного материала — модифицированного фторопласта — оказалась менее подвержена деформированию при всех вариантах толщины слоя скольжения, благодаря чему нагрузка на параметры контактного взаимодействия была меньше.

Разработанные пермскими учеными численные методы уменьшают временные и денежные затраты на инженерные расчеты при определении необходимых параметров антифрикционных материалов при разработке опорной части мостов, а также обеспечивают их достоверность, а значит, и долгую безремонтную работу.

Они также позволяют расширить область применения антифрикционных материалов на другие отрасли промышленности, в том числе машиностроительную и аэрокосмическую.

В планах ученых разработка программы полной автоматизации построения численной модели изделия и обработки результатов исследования.