Analityczne Modele Zużycia. Tadeusz Stolarski Katedra Podstaw Konstrukcji i Eksploatacji Maszyn

Podobne dokumenty
Analityczne Modele Tarcia. Tadeusz Stolarski Katedra Podstaw Konstrukcji I Eksploatacji Maszyn

Temperatura w Strefie Tarcia Węzła Ślizgowego. Tadeusz Stolarski Katedra Podstaw Konstrukcji i Eksploatacji Maszyn

BIOTRIBOLOGIA. Wykład 3 DYSSYPACJA ENERGII I ZUŻYWANIE. Fazy procesów strat energii mechanicznej

Wprowadzenie do WK1 Stan naprężenia

Nauka o Materiałach. Wykład I. Zniszczenie materiałów w warunkach dynamicznych. Jerzy Lis

BIOTRIBOLOGIA WYKŁAD 2

Załącznik D (EC 7) Przykład analitycznej metody obliczania oporu podłoża

CIEPLNE I MECHANICZNE WŁASNOŚCI CIAŁ

Nauka o Materiałach. Wykład VIII. Odkształcenie materiałów właściwości sprężyste. Jerzy Lis

OBLICZANIE KÓŁK ZĘBATYCH

Tarcie poślizgowe

Statyka Cieczy i Gazów. Temat : Podstawy teorii kinetyczno-molekularnej budowy ciał

Wykład XV: Odporność materiałów na zniszczenie. JERZY LIS Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki Katedra Ceramiki i Materiałów Ogniotrwałych

iglidur M250 Solidny i wytrzymały

Spis treści. Wstęp Część I STATYKA

Materiały Reaktorowe. Właściwości mechaniczne

Przekładnie ślimakowe / Henryk Grzegorz Sabiniak. Warszawa, cop Spis treści

30/01/2018. Wykład XIV: Odporność materiałów na zniszczenie. Treść wykładu: Zmęczenie materiałów

PODSTAWY SKRAWANIA MATERIAŁÓW KONSTRUKCYJNYCH

CHARAKTERYSTYKA MECHANIZMÓW NISZCZĄCYCH POWIERZCHNIĘ WYROBÓW (ŚCIERANIE, KOROZJA, ZMĘCZENIE).

MECHANIKA 2. Drgania punktu materialnego. Wykład Nr 8. Prowadzący: dr Krzysztof Polko

Rozkład naprężeń w konstrukcji nawierzchni podatnej a trwałość podbudowy recyklowanej z dodatkami

WŁAŚCIWOŚCI MECHANICZNE SPRĘŻYSTOŚĆ MATERIAŁ. Właściwości materiałów. Właściwości materiałów

Defi f nicja n aprę r żeń

Dobór materiałów konstrukcyjnych

PROFIL PRĘDKOŚCI W RURZE PROSTOLINIOWEJ

Naprężenia i odkształcenia spawalnicze

Jaki musi być kąt b, aby siła S potrzebna do wywołania poślizgu była minimalna G S

Wykład 3 Zjawiska transportu Dyfuzja w gazie, przewodnictwo cieplne, lepkość gazu, przewodnictwo elektryczne

Politechnika Poznańska Wydział Inżynierii Zarządzania. Wprowadzenie do techniki tarcie ćwiczenia

BIOTRIBOLOGIA. Wykład 1. TRIBOLOGIA z języka greckiego tribo (tribos) oznacza tarcie

WYZNACZANIE MODUŁU SZTYWNOŚCI METODĄ DYNAMICZNĄ GAUSSA

Podstawowe przypadki (stany) obciążenia elementów : 1. Rozciąganie lub ściskanie 2. Zginanie 3. Skręcanie 4. Ścinanie

Fizyczne właściwości materiałów rolniczych

Podstawy Procesów i Konstrukcji Inżynierskich. Praca, moc, energia INZYNIERIAMATERIALOWAPL. Kierunek Wyróżniony przez PKA

DEGRADACJA MATERIAŁÓW

1. Dane : DANE OGÓLNE PROJEKTU. Poziom odniesienia: 0,00 m.

J. Szantyr Wykład nr 27 Przepływy w kanałach otwartych I

J. Szantyr Wykład nr 20 Warstwy przyścienne i ślady 2

WYZNACZANIE MODUŁU YOUNGA METODĄ STRZAŁKI UGIĘCIA

LABORATORIUM ĆWICZENIE LABORATORYJNE NR 6. Temat: Badanie odporności na ścieranie materiałów polimerowych.

Prawa ruchu: dynamika

Integralność konstrukcji w eksploatacji

Podstawy Procesów i Konstrukcji Inżynierskich. Dynamika

Metoda Elementów Skończonych

Modele materiałów

Zachodniopomorski Uniwersytet Technologiczny INSTYTUT INŻYNIERII MATERIAŁOWEJ ZAKŁAD METALOZNAWSTWA I ODLEWNICTWA

Statyka płynów - zadania

Przenośnik zgrzebłowy - obliczenia

PRACA Pracą mechaniczną nazywamy iloczyn wartości siły i wartości przemieszczenia, które nastąpiło zgodnie ze zwrotem działającej siły.

5. Indeksy materiałowe

możliwie jak najniższą lepkość oraz / lub niską granicę płynięcia brak lub bardzo mały udział sprężystości we właściwościach przepływowych

Metody badań materiałów konstrukcyjnych

Wykład 1. Anna Ptaszek. 5 października Katedra Inżynierii i Aparatury Przemysłu Spożywczego. Chemia fizyczna - wykład 1. Anna Ptaszek 1 / 36

Ćwiczenie 3: Wyznaczanie gęstości pozornej i porowatości złoża, przepływ gazu przez złoże suche, opory przepływu.

Temat: NAROST NA OSTRZU NARZĘDZIA

dr hab. inż. Józef Haponiuk Katedra Technologii Polimerów Wydział Chemiczny PG

Pręt nr 1 - Element żelbetowy wg. PN-B-03264

Zmęczenie Materiałów pod Kontrolą

Prędkośd rozchodzenia się sprężystych fal podłużnych w ciałach stałych, cieczach i

dn dt C= d ( pv ) = d dt dt (nrt )= kt Przepływ gazu Pompowanie przez przewód o przewodności G zbiornik przewód pompa C A , p 1 , S , p 2 , S E C B

BADANIE ZJAWISK PRZEMIESZCZANIA WSTRZĄSOWEGO

Ćw. 4. BADANIE I OCENA WPŁYWU ODDZIAŁYWANIA WYBRANYCH CZYNNIKÓW NA ROZKŁAD CIŚNIEŃ W ŁOśYSKU HYDRODYNAMICZNYMM

. Cel ćwiczenia Celem ćwiczenia jest porównanie na drodze obserwacji wizualnej przepływu laminarnego i turbulentnego, oraz wyznaczenie krytycznej licz

DYNAMIKA SIŁA I JEJ CECHY

Wyboczenie ściskanego pręta

2.1.M.07: Wpływ warunków zużycia na własności powierzchni materiałów inżynierskich

POZ BRUK Sp. z o.o. S.K.A Rokietnica, Sobota, ul. Poznańska 43 INFORMATOR OBLICZENIOWY

Projekt ciężkiego muru oporowego

Kinetyka. Kinetyka. Stawia dwa pytania: 1)Jak szybko biegną reakcje? 2) W jaki sposób przebiegają reakcje? energia swobodna, G. postęp reakcji.

BIOMECHANIKA KRĘGOSŁUPA. Stateczność kręgosłupa

θ = 0 lub = = g l dw dt Przykłady drgań: Wahadło matematyczne (małe wychylenia): Inaczej: m l(1-cosθ) Drgania i fale II rok Fizyki BC

Laboratorium Mechaniki Technicznej

STATYCZNA PRÓBA SKRĘCANIA

Wyznaczanie współczynnika sprężystości sprężyn i ich układów

Wymiarowanie złączy na łączniki trzpieniowe obciążone poprzecznie wg PN-EN-1995

9. PODSTAWY TEORII PLASTYCZNOŚCI

Wykład Praca (1.1) c Całka liniowa definiuje pracę wykonaną w kierunku działania siły. Reinhard Kulessa 1

Politechnika Białostocka INSTRUKCJA DO ĆWICZEŃ LABORATORYJNYCH

Kinetyka. energia swobodna, G. postęp reakcji. stan 1 stan 2. kinetyka

Ścinanie betonu wg PN-EN (EC2)

Wykład FIZYKA I. 3. Dynamika punktu materialnego. Dr hab. inż. Władysław Artur Woźniak

Zjawiska powierzchniowe

Fizyka dla Informatyków Wykład 8 Mechanika cieczy i gazów

Temperatura jest wspólną własnością dwóch ciał, które pozostają ze sobą w równowadze termicznej.

Wprowadzenie do ćwiczenia laboratoryjnego: Badanie procesu urabiania ośrodka gruntowego koparką podsiębierną

BIKO POWDER TECHNOLOGIES

Ciśnienie definiujemy jako stosunek siły parcia działającej na jednostkę powierzchni do wielkości tej powierzchni.

Wyznaczanie modułu Younga metodą strzałki ugięcia

[ ] ρ m. Wykłady z Hydrauliki - dr inż. Paweł Zawadzki, KIWIS WYKŁAD WPROWADZENIE 1.1. Definicje wstępne

Algorytm do obliczeń stanów granicznych zginanych belek żelbetowych wzmocnionych wstępnie naprężanymi taśmami CFRP

Spis treści Przedmowa

ĆWICZENIE. Oznaczanie szybkości relaksacji naprężeń wulkanizatów

POLITECHNIKA CZĘSTOCHOWSKA. Poszukiwanie optymalnej średnicy rurociągu oraz grubości izolacji

1. Część teoretyczna. Przepływ jednofazowy przez złoże nieruchome i ruchome

α k = σ max /σ nom (1)

Wykład 4. Anna Ptaszek. 27 października Katedra Inżynierii i Aparatury Przemysłu Spożywczego. Chemia fizyczna - wykład 4. Anna Ptaszek 1 / 31

WOJSKOWA AKADEMIA TECHNICZNA Wydział Mechaniczny Katedra Pojazdów Mechanicznych i Transportu LABORATORIUM TERMODYNAMIKI TECHNICZNEJ

Stany skupienia materii

Prawa ruchu: dynamika

Transkrypt:

Analityczne Modele Zużycia Tadeusz Stolarski Katedra Podstaw Konstrukcji i Eksploatacji Maszyn

Powierzchnie zużyte

Cienka warstwa metaliczna Potrzeba modeli analitycznych Poprawne konstruowanie elementow maszyn wymaga możliwości przewidywania (prognozowania) ich zachowao w czasie eksploatacji. Aby przewidzied zachowanie elemenów konieczne są modele analityczne opisujące procesy którym będą one podlegad. Problem prognozowania tarcia I zużycia elementów maszyn jest w daszym ciągu niezupełnie rozwiązany. W miarę postępu w poznaniu podstawowych mechanizmów tarcia I zużycia ulepszane są modele analityczne. Przykład ilustrujący potrzebę modelu analitycznego Schemat złącza obwodu drukowanego Sprężysty element kontaktowy Żywica z napełniaczem P P Ruch oscylacyjny

Model zużycia erozyjnego Definicja ZUŻYCIE EROZYJNEGO Mechaniczne usuwanie materiału na skutek uderzenia (impact) drobnych elementów zawieszonych w strumieniu płynu.

Usuwanie materiału poprzez tworzenie wiórów Usuwanie materiału na skutek tworzenia pęknięd podpowierzchniowych ZMĘCZENIE - KRUCHE PĘKANIE erozja Model fenomenologiczny zużycia erozyjnego Etapy w procesie tworzenia cząstek zużycia erozyjnego. Model ilustruje erozję wskutek wielokrotnie powtarzanego uderzenia cząsteczek w powierzchnię. Materiał powierzchni jest materiałem ciągliwym. Ścinanie skrawające wgniatanie odkształcanie bruzdowanie

Model opisujący ścinanie erozyjne Model zproponowany przez Finnie. Oznaczenie symboli: - objętośd materiału usuniętego z Ý v powierzchni przypadająca na jednostkę masy cząsteczek erozyjnych f p - procent cząsteczek powodujących ścinanie w sposób modelowy (wyiadelizowany) U - prędkośd cząstek erozyjnych styczna do powierzchni erodowanej p - składowa pozioma ciśnienia płynu I p moment bezwładności cząsteczki m p masa pojedyoczej cząstki r p - średni promieo cząstki U ht - pozioma składowa prędkości R - stosunek siły pionowej do poziomej działającej na cząstkę α - kąt uderzenia cząstki o powierzchnię Ý v f p U 2 4 p 1 m 2 pr p I p f ( ) gdzie f ( ) cos 2 gdy U ht 0 gdzie p 2 p sin 2 2sin 2 p R 1 m 2 pr p I p gdy U ht 0

Model zużycia ściernego Definicja ZUŻYCIA ŚCIERNEGO Usuwanie materiału wskutek obecności twardych cząstek o własnościach mechanicznych innych niż stykające się powierzchnie. Dominującym procesem jest mikroskrawanie.

Wyidealizowane wydarzenie jednostkowe w procesie zużycia ściernego P Założenia modelu: 1) Cząstka ścierna wgłębia się na głębokośd definiowaną przez twardośd powierzchni (H) i przyłożone obciążenie (P). 2) Usuniety materiał jest zdefiniowany przez objętośd rowka utworzonego na powierzchni. Tak więc: V/L = C (P/H) H 2α L gdzie: V/L - jest objętością usuniętego materiału na jednostkę długości (L); C - jest stałą proporcjonalności reprezentującą wiele parametrów trudnych do zdefiniowania takich jak kształt cząstek ściernych. Θ

Oznaczenie symboli: V/L - szybkośd zużycia (objętośd na jednostkę drogi ślizgania) P - przyłożone obciążenie b - współczynnik kształtu cząstki ściernej H - twardośd materiału powierzchni ścieranej 2α - kąt wierzchołkowy rowka h - głębokośd rowka δ - współczynnik wyrażający skłonnośd materiału do propagacji pęknięcia l - średnia odległośd pomiędzy pęknięciami D - odległośd pomiędzy czynnymi cząstkami ściernymi μ - współczynnik tarcia KI c - odpornośd na pękanie materiału p - naciski w strafie kontaktu Zaawansowany model zużycia ściernego V L P bh tan h 2l 1.5 PD 2H 0.5 KI c 2sin2 log p p crit 0.5 p crit 0.12lKI c 2 sin2 D 2 2H

Praktyczny model zużycia ściernego uproszczony V 2 tan H PL Znaczenie symboli: Θ kąt nachylenia H twardośd powierzchni P obciążenie P y granica plastyczności materiału E moduł sprężystości n współczynnik utwardzenia materiału L - długośd drogi tarcia rozwinięty V n 2 P yep 3 / 2 KI c 2 H 3 / 2 L

Model zużycia wskutek powierzchniowych reakcji chemicznych Opis procesu zużycia chemicznego Podczas styku tocznego lub ślizgowego powierzchni w obecności substancji smarującej lub innego płynu mają miejsce intensywne reakcje chemiczne wskutek których tworzą się powierzchniowe warstwy związków metalo-organicznych. Jest to proces ciągły i dynamiczny, gdyż utworzone warstwy są usuwane z powierzchni i w ich miejsce tworzone są nowe. Konsekwencją tego procesu jest zużycie.

nierówności powierzchniowe Model zużycia adhezyjnego Zużycie adhezyjne związane jest z tworzenie połączeo adhezyjnych przez stykające się nierówności powierzchniowe. P F połączenie adhezyjne Sekwencja wydarzeo: 1. Odkształcenie stykających się nierówności. 2. Usunięcie powierzchniowej warstwy zanieczyszczeo. 3. Utworzenie połączenia adhezyjnego. 4. Ściecie połączenia. 5. Utworzenie cząstki zużycia tworzenie połączeo adhezyjnych i ich ścinanie jest procesem stochastycznym.

Równanie Archarda V k P H L Objętośd zużycia adhezyjnego opisuje równanie Archarda. Znaczenie symboli: k współczynnik zużycia P obciążenie zewnętrzne L długośd drogi ślizgania H twardośd miększego materiału w styku ślizgowym równanie ważne tylko dla kontaktów niesmarowanych.

Model zużycia chemicznego dla smaru z dodatkami związków siarki (Sakurai i inni) Znaczenie symboli: m [FeS] reprezentuje liczbę miejsc na powierzchni dostępnych dla zaistnienia reakcji chemicznych w czasie t. k r i k w - są kolejno stałymi czasowymi reakcji FeS I usunięcia produktów tej reakcji ze strefy kontaktu. Θ a oznacza procent miejsc na powierzchni w których smar jest w stanie równowagi fazowej z powierchnią. [FeS] - jest wartością *FeS] lecz dla nieskooczenie długiego czasu. d[fes] k r a m dt [FeS] k w [FeS] po calkowaniu [FeS] [FeS] 1 e (k r a k w )t Doświadczalne sprawdzenie modelu wykazało, że wartosci *FeS] są nierealistycznie duże (zbyt gruba warstwa [FeS+). Modyfikacje modelu uwzględniły dufuzję czynników reaktywnych poprzez pierwszą warstwę powierzchniową FeS.

Praktyczny model zużycia chemicznego nierównośd powierzchniowa Znaczenie symboli: d ρ k współczynnik szybkości utleniania d średnica styku nierówności ρ grubośd warstwy utworzonej przez reakcje chemiczne ζ krytyczna grubośd warstwy H twardośd materiału V prędkośd ślizgania P obciążenie zewnętrzne L długośd drogi tarcia V nierównośd powierzchniowa k 2 2 d H P V L

Model zużycia zmęczeniowego P F pęknięcie rejon rozciągania rejon ściskania Symbole: C - stała charakteryzująca dyslokacje η - rozkład wysokości nierówności powierzchniowych ϒ - stała charakteryzująca wielkośd cząsteczki zużycia ε - krytyczne natężenie materiału wywołane podczas jednego cyklu obciążenia P - obciążenie zewnętrzne L - droga ślizgania mechanizm zużycia zmęczeniowego V C 2 H PL

2h Model zużycia powierchni smarowanych R 1 R 2 Równanie opisujące proces zużycia ma postad: Zużycie powierchni smarowanych jest możliwe tylko wtedy gdy stosunek grubości filmu smarnego do sumarycznej wielkości nierówności obu stykających się powierchni (λ) jest mniejszy niż 1. W takiej sytuacji, film smarny jest nieciągły i istnieją rejony w strefie kontaktu w których bezpośredni styk nierówności ma miejsce. V L k m (1 3 2 ) P P y gdzie: P reprezentuje częśd obciążenia zewnętrznego podtrzymywanego przez stykające się nierówności pozbawione filmu smarnego β jest tzw. współczynnikiem zdefektowania filmu smarnego. 1 exp 30.9 10 5 T m 1/ 2 VM 1/ 2 exp E c RT s Symbole: T m jest temperaturą topnienia smaru; V prędkośd ślizgania; M ciężar molekularny smaru; R uniwersalna stała gazowa; T s temperatura w strefie kontaktu; E c ciepło adsorpcji smaru