Расчет температурного поля для трибосистемы колесо - тормозная композиционная колодка подвижного состава показал, что максимальное значение температуры в колесе находится не на поверхности, а на расстоянии 200-1000 мкм от поверхности трения. При трении в результате термомеханической деструкции полимерной колодки выделяется водород, который адсорбируется и поглощается контактирующей поверхностью колеса. При этом максимум концентрации водорода совпадает с максимум температуры. Представлены результаты по исследованию сегрегационных явлений легирующих и примесных элементов на границах зерен железа. Показано, что основой кинетического условия самоорганизации на антифрикционном трибоконтакте является согласованность скоростей образования пленки переноса и ее разрушение. Энергия связи атомов различных элементов с поверхностью зерен находится в периодической зависимости от атомного номера элементов. Этот факт может служить теоретической базой для прогнозирования прочностных свойств стали с различным составом легирующих и примесных элементов. Полученные результаты свидетельствуют о перспективности применения методов рентгенноэлектронной и оже-электронной спектроскопии (РЭС, ОЭС) квантовой химии при решении трибологических задач.
температура, диффузия, сегрегация, пленка переноса.
Выяснение особенностей поведения поверхностных слоев, как металлического, так и металлополимерного трибоконтакта — одна из центральных задач в триботехнике. Поэтому для процессов, происходящих в местах контактирования металлополимерных сопряжений необходимо разработать не только методы диагностики, но и более полные теоретические модели, специфическое назначение которых, с одной стороны — учитывать изменения, происходящие в объеме и в пограничном слое, а с другой — приводить к простым инженерным расчетам.
Поэтому на первом этапе наших исследований была разработана методика расчета температурного поля — температуры и температурного градиента в поверхностных слоях фрикционного сопряжения. Установление теоретических представлений о механизме возникновения температурного градиента дает возможность выяснить закономерности его влияния на трибоэлектрические, диффузионные и сегрегационные процессы, протекающие на фрикционном контакте.
Желание определить температурное поле в поверхностных слоях трибоконтакта классическим методом приводит к необходимости решения краевых сингулярно возмущенных задач — задач с малым параметром при старшей производной [1]. Для асимптотического решения сингулярно возмущенных задач обычно используют метод Вишика-Люстерника или методы сращиваемых многомасштабных разложений [2]. Авторами для нахождения температурного поля в погранслоях трибосистемы применен метод регуляризации сингулярно возмущенных задач, разработанный С.А. Ломовым [3]. Этот метод, объединяющий в себе идеи двух вышеназванных методов, обладает рядом преимуществ по сравнению с каждым из них в отдельности и является, естественно, более прогрессивным. Суть его — в регуляризации сингулярно возмущенных задач с помощью перехода в пространство безрезонансных решений, которое индуцируется исходной задачей. Это индуцированное пространство определяется по спектральным характеристикам исходного оператора, что дает возможность использовать спектральную теорию операторов. Сингулярность исходной задачи влечет за собой появление ненулевого ядра у главного оператора индуцированной задачи.
1. Де Брейн, Н. Г. Асимптотические методы в анализе / Н. Г. де Брейн. - Москва : ИЛ, 1961. - 247 С.
2. Вишик, М. Н., Асимптотическое поведение решений линейных дифференциальных уравнений с большими или быстроменяющимися коэффициентами и граничными условиями / М. Н. Вишик М. Н., Л. А. Люстерник // Успехи математических наук. - 1960. - Т. 15. - № 4. - С. 27-95.
3. Ломов, С. А. Введение в общую теорию сингулярных возмущений / С. А. Ломов. - Москва : Наука, 1981. - 399 с.
4. Колесников, В. И. Теплофизические процессы в металлополимерных трибосистемах / В. И. Колесников. - Москва : Наука, 2003. - 279 с.
5. Совместимость химических элементов на границах зерен в стали и ее влияние на износостойкость стали / В. И. Колесников [и др.] // Трение и износ. - 2015. - Т. 36. - № 1. - С. 1-8.
6. Взаимодействие атомов примесных и легирующих элементов с поверхностью зерен в стали / В. И. Колесников [и др.] // Вестник Южного научного центра РАН. - 2012. - Т. 8. - № 4. - С. 27-33.
7. Разработка гибридных наполнителей для антифрикционных композиционных материалов / В. И. Колесников [и др.] // Вестник РГУПС. - 2014. - № 4. - С. 14-19.
8. Исследование процессов трения и износа с помощью методов рентгеноэлектронной, оже-электронной спектроскопии и квантовой химии / В. И. Колесников [и др.] // Вестник Южного научного центра РАН. - 2013. - Т. 9, юбил. вып. - С. 29-36.
9. Te Velde G., Bickelhaupt F.M., van Gisbergen S. J. A., Fonseca Guerra C., Baerends E. J., Snijders J.G., Ziegler T. Chemistry with ADF // J. Comput. Chem., 2001, vol. 22, pp. 931-967.
10. Seah, M. P. Adsorption-induced interface decohesion // Acta Metallurgica, 1980, vol. 28, pp. 955-962.
11. Mosey, N. J. Atomistic Modeling of Friction / N. Y. Mosey, M. H. Műser, K. B. Lipkowitz, T. R. Cundari // Reviews in Computational Chemistry, 2007, vol. 25, 67-124 pp.
