CC BY
45
Актуальные проблемы авиации и космонавтики. Технические науки
присоединяют условия однозначности, включающие [5; 6]:
а) геометрические условия, которые задают геометрическую форму и размеры тела;
б) физические условия, которые задают значения физических параметров а, Д и закон распределения в пространстве и изменения во время производительности источников тепла;
в) начальные условия, которые задают распределение температуры внутри тела в начальный момент времени;
г) граничные условия, которые задают распределение.
Рассмотрим пластину толщиной 20 мм. В начальный момент (T = 0) температура в пластине распределена равномерно и равна t = t0 = const.
Изменение температуры происходит только в одном направлении X, то есть в пространстве задача является одномерной и дифференциальное уравнение (2) принимает вид охлаждения пластины происходит в среде с постоянной температурой 4ер = const. На обеих поверхностях отвод тепла осуществляется при одинаковом коэффициенте теплоотдачи q = const во всем промежутке времени. Отсчет температуры пластины для любого времени будем вести от температуры окружающей среды. Внутри стенки линии изменения температур располагаются симметрично. Характер этих кривых показывает, что наиболее интенсивно процесс изменения температуры стенки протекает в начальный период охлаждения, в течение которого стенка теряет наибольшее количество тепла через большой температурный напор. Изменение температуры внутри стенки отстает от изменения температуры на ее поверхности, причем это отставание тем значительнее, чем больше термосопротивление - критерий Био (Ш), коэффициент теплоотдачи q и чем толще стенка.
Рассмотренные явления можно применять как для анализа процесса охлаждения, так и процесса нагрева, а также для двустороннего и одностороннего процессов изменения термодинамического состояния объекта. Задача определения времени, необходимого для прогрева тела до заданной температуры, также просто решается графическим методом. Для этого сначала нужно рассчитать значение критерия Био (ßi) по известной температуре на поверхности или внутри тела, и с помощью соответствующего графика зависимости критерия Био от температуры определить числовое значение критерия Фурье Fo, а по нему - и необходимо время t термодинамического процесса.
Библиографические ссылки
1. Краев М. В. Введение в холодильную и криогенную технику : учеб. пособие. СибГАУ. Красноярск, 2002. 196 с.
2. Moffat R., Anderson A. M. Применение данных о коэффициенте теплоотдачи при расчете охлаждения электронных устройств. ASME. Современное машиностроение. А, № 5-91. С. 1-11.
3. Микулин Е. И. Криогенная техника. М. : Машиностроение, 1969. 272 с.
4. Островский А. С. Моделирование химико-технологических процессов как объектов управления : Пермь: Изд-во Перм. гос. техн. ун-та, 2008. 47 с.
5. Баскаков А. П. Теплотехника : учебник для вузов. М. : Энергоатомиздат, 1991. 224 с.
6. Kakac S, Cotta R. M., Li W. Нестационарная вынужденная конвекция при ламинарном течении в каналах с периодическим изменением температуры на входе. AMSE. Современное машиностроение, А, № 5-91. С. 54-62.
© Иванова О. В., Саклакова О. Е., 2013
УДК 620.178.16.05
Д. А. Карабарин Научный руководитель - Г. Ф. Тарасов Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Красноярск
КРИТЕРИИ АБРАЗИВНОЙ ИЗНОСОСТОЙКОСТИ МАТЕРИАЛОВ
Особое место в ряду проблем выбора износостойких материалов занимает проблема обеспечения требуемой износостойкости деталей машин, подвергающихся абразивному изнашиванию при низких температурах. Специфика изнашивания материалов абразивными частицами при низких температурах состоит, прежде всего, в изменении схемы напряженно -деформируемого состояния их поверхностных слоев. Обусловлено это изменением физико-механических свойств материалов при понижении температуры, и прежде всего, ухудшением из пластических свойств, что ведет к перераспределению объемов материала удаляемого при однократном взаимодействии абра-
зивных частиц (микрорезании) и многократном (усталостном) разрушении.
В процессе лабораторных испытаний материалов на изнашивание необходимо соблюдение как минимум двух обязательных условий: соответствие лабораторной схемы испытаний на изнашивание схеме изнашивания детали в реальных условиях ее работы в механизме; достоверность оценки износостойкости испытуемых материалов и возможность сопоставления материалов по износостойкости, отличающихся между собой по химическому составу и структуре (металлических и неметаллических материалов различных классов). Результаты испытаний на изнаши-
Секция « Технология производства ракетно-космической техники»
вание при различных схемах взаимодействия материала и абразива можно сопоставлять по характеру изменения износостойкости в зависимости от исследуемого фактора (конструктивные, технологические и т. д.). Единого количественного критерия оценки износостойкости материалов до настоящего времени не существует. Например, оценка величины износа по потере массы материала не позволяет сравнивать износостойкости различных материалов, поскольку они могут иметь разные плотности.
Существующие в настоящее время способы измерения износа подразделяются на интегральные и локальные. Каждый из этих способов подразделяется на две группы. В первую группу входят: методы определения износа по потере массы (веса); оценка износа по количеству металлических частиц в работавшем смазочном масле (определяется путем химического, спектрального активационного и сцинтилляционного анализа); оценка износа по интенсивности излучения продуктов износа, отделяющихся от активированных деталей.
Во вторую группу входят следующие способы оценки износа: методы микрометрирования; методы профилографирования; измерение местной поверхностной активности (радиоактивные индикаторы); метод искусственных баз (вырезанных лунок).
Практически все интегральные способы оценки величины износа являются косвенными. Так для выявления изменений линейного размера, в результате износа, чаще всего прибегают к перерасчету его по потере массы (веса) детали (испытуемого образца), причем перерасчет ведется, как правило, на некоторую среднюю линейную величину. Такой способ определения износа используется в большинстве исследований, в том числе в работах [1,2]. Другие способы определения интегрального и местного износа имеют существенные ограничения. Например, при микро-метрировании износа втулки по диаметру измерения ведут в нескольких местах, но остается невыясненным вопросом о контроле износа в наиболее напряженных местах зеркала втулки, так как эти места не всегда можно установить. Это очень важный вопрос при оценке износа, поскольку сам процесс изнашивания в силу механических, тепловых и силовых нерав-номерностей протекает не одинаково по поверхности трения. При повторном микрометрировании довольно трудно (практически невозможно) добиться совпадения точек, в которых уже проводились измерения. Аналогичная картина наблюдается и при профило-графировании. Отмеченных недостатков лишен способ искуственных баз (вырезанных лунок). Сущность способа вырезанных лунок для определения износа состоит в следующем.
В намеченном месте поверхности трения детали алмазным резцом вырезается удлиненная лунка, дно которой очерчено по радиусу, описываемому вершиной резца. Лунка вырезается длиной до начала изнашивания сопряжения. По наружной поверхности определяют высоту лунки. Расчет высоты ведут по формуле. После заданного цикла испытаний, т. е. заданного периода времени работы сопряжения определяют глубину той же лунки, относительно вновь образо-
ванной поверхности по той же формуле. Величина износа ЛИ равна разности глубин лунок до, и после изнашивания.
Опыт применения метода вырезанных лунок для определения величины износа показал, что он приемлем только для сопряжений двух металлических поверхностей. Расположив много лунок в соответствующем порядке можно получить точную картину распределения износа или эпюру износа по поверхностям трения сопрягаемых деталей. Однако этот метод невозможно применить для оценки абразивного изнашивания, поскольку абразивные частицы разрушат края лунок и его дно, что не позволит точно определить величины износа.
Абразивное изнашивание в условиях низких температур протекает более сложно, в сравнении с изнашиванием при нормальной (плюс 20 °С) температуре. Кроме того, при понижении температуры изменяются свойства абразивных материалов. Это значит, что при низких температурах появляется дополнительный фактор, влияющий на износостойкость материала. Поэтому, для оценки износостойкости материалов при низких температурах должен быть критерий, отвечающий ряду требований:
оценка износостойкости должна производиться по безразмерному показателю;
его изменение должно быть относительно какой-то постоянной величины, например, относительно износа эталона;
эталонный материал для определения относительного критерия не должен изменять своих физико-механических свойств в исследуемом интервале температур и учитывать изменение изнашивающей способности абразивного материала при низких температурах.
В качестве такого критерия в данной работе использовалась относительная износостойкость - это отношение объема изношенного материала эталона к объему изношенного материала испытуемого образца.
Объем изношенного материала эталона и образца определялся путем пересчета потери массы испытуемого материала и эталона с учетом их плотности. Для определения плотности сталей использовался метод гидростатического взвешивания, которое проводилось на аналитических лабораторных весах ВЛА -200 г-М. Точность взвешивания составляла ± 0,1 мг. Объем материала определялся как разность его массы на воздухе и в жидкости с известной плотностью. В данной работе в качестве жидкости использовалась дистилированная вода. Затем расчет производился по специальной формуле.
Библиографические ссылки
1. Беркович Е. С. Развитие способа измерения износа деталей машин методом искусственных баз // Теоретические и прикладные задачи трения, износа и смазки машин. М. : Наука, 1982. С. 198-210.
2. Браун Э. Д. и др. Критерии для оценки долговечности элементов трибосопряжений // Трение и износ. 1998. № 5.
© Карабарин Д. А., 2013
