Конечно-элементное моделирование термоупругого контактного взаимодействия в абразивной обработке поверхности деталей машин

Аннотация

Рассматривается метод центробежно-ротационной обработки металлических деталей в абразивной среде, который является одним из эффективных методов окончательной обработки поверхностей. Изучается взаимодействие абразивной частицы с поверхностью обрабатываемой детали в рамках динамической задачи теории термоупругости с учетом трения и разогрева поверхности в области контакта. Целью работы является исследование напряженно деформированного состояния и температурного поля в зависимости от параметров процесса (глубины внедрения, скорости скольжения и коэффициента трения). Действие абразивной частицы заменяется внедрением круглого жесткого штампа, который скользит с постоянной скоростью вдоль поверхности детали. Задача решается в трехмерной постановке в подвижной системе координат, связанной со штампом. В качестве детали рассматривается прямоугольный параллелепипед, размеры которого значительно больше диаметра штампа. В области контакта используются модель Кулоновского трения. Связности механического и температурного полей обусловлена наличием температурного слагаемого в механических определяющих соотношениях и зависимостью от сил трения источника тепла в температурном краевом условии в области штампа. Задача решается численно с помощью метода конечных элементов. Найдены зависимости силы контактного взаимодействия, полей напряжений и температуры в окрестности штампа при изменении глубины внедрения, скорости скольжения штампа и коэффициента трения. Результаты представлены в виде таблиц и графиков, которые позволяют выбрать рациональные параметры технологического процесса, такие как скорость вращения, объем абразивной среды и др.