omnaОмский научный вестникOmsk Scientific Bulletin1813-82252541-7541Омский государственный технический университет10.25206/1813-8225-2024-190-50-58ZNJPCYomna-202Research ArticleМАШИНОСТРОЕНИЕMECHANICAL ENGINEERINGРазработка методики учета температурной зависимости свойств материалов при моделировании изнашивания быстровращающейся опорной пары типа «игла-подпятник»Development of a methodology taking into account the temperature dependence of material properties in simulation of wear in fast-rotating pivot jewel bearing supporthttps://orcid.org/0000-0003-0346-7215ЖуравлевД. Н.ZhuravlyovD. N.

Журавлев Дмитрий Николаевич, инженер-исследователь передовой инженерной школы «Цифровой инжиниринг»

AuthorID (РИНЦ): 1169084

AuthorID (SCOPUS): 57193726167

г. Санкт-Петербург 

Zhuravlyov Dmitriy Nikolaevich, Research Engineer of Advanced Engineering School «Digital Engineering

AuthorID (RSCI): 1169084

AuthorID (SCOPUS): 57193726167 

Saint Petersburg 

zhuravlev@compmechlab.ruhttps://orcid.org/0000-0003-3177-0959БоровковА. И.BorovkovA. I.

Боровков Алексей Иванович, кандидат технических наук, доцент, проректор по цифровой трансформации, руководитель передовой инженерной школы «Цифровой инжиниринг»

AuthorID (РИНЦ): 6567

AuthorID (SCOPUS): 8840090300 

г. Санкт-Петербург 

Borovkov Alexey Ivanovich, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor, Vice-Rector for Digital Transformation, Head of Advanced Engineering School «Digital Engineering

AuthorID (RSCI): 6567

AuthorID (SCOPUS): 8840090300

Saint Petersburg 

borovkov@compmechlab.comСанкт-Петербургский политехнический университет Петра ВеликогоРоссияPeter the Great St. Petersburg Polytechnic UniversityRussian Federation2024300620241025058Copyright © Журавлев Д.Н., Боровков А.И., 20242024Журавлев Д.Н., Боровков А.И.Zhuravlyov D.N., Borovkov A.I.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://onv.omgtu.ru/jour/article/view/202

Опорная пара трения является важным узлом некоторых классов промышленного оборудования; на номинальных режимах работы скорость относительного вращения контактных поверхностей может достигать 103 оборотов в секунду, при этом время работы может измеряться годами; в таких условиях необходимо принимать во внимание изнашивание контактных поверхностей; в данной работе предложена методика моделирования износа в условиях сухого трения быстровращающейся опорной пары трения с учетом изменения свойств материалов вследствие нагрева поверхности, основанная на решении износоконтактной задачи в стационарной постановке с использованием закона Арчарда; продемонстрировано влияние учета зависимости свойств материалов от температуры при моделировании процесса изнашивания.

The pivot jewel bearing is an important node of some classes of industrial equipment; at nominal operating modes, the speed of relative rotation of the contact surfaces can reach 103 revolutions per second, while the operating time can be measured in years; under such conditions, it is necessary to take into account the wear of the contact surfaces; in this paper, a technique for modeling the dry friction wear of a fast-rotating support pair is proposed, taking into account changes in the properties of materials due to surface heating, based on solving the wear contact problem in a stationary formulation using Archard’s law; the effect of taking into account the temperature dependence of material properties in wear modeling process is demonstrated.

компьютерное моделированиеметод конечных элементовтрениеизносигла-подпятниксвойства материаловnumerical simulationfinite element methodfrictionwearpivot jewel bearingmaterial propertiesReferencesDai X., Zhang K., Tang C. Friction and wear of pivot jewel bearing on oil-bath lubrication for high rotational speed application // Wear. 2013. Vol. 302. P. 1506–1513. DOI: 10.1016/j.wear.2013.01.032.Dai X., Zhang K., Tang C. Friction and wear of pivot jewel bearing on oil-bath lubrication for high rotational speed application // Wear. 2013. Vol. 302. P. 1506–1513. DOI: 10.1016/j.wear.2013.01.032. (In Engl.).Попов В. Л. Механика контактного взаимодействия и физика трения. От нанотрибологии до динамики землетрясений. Москва: Физматлит, 2013. 352 с. ISBN 978-5-9221-1443-1.Popov V. L. Mekhanika kontaktnogo vzaimodeystviya i fizika treniya. Ot nanotribologii do dinamiki zemletryaseniy [Mechanics of contact interaction and physics of friction. From nanotribology to earthquake dynamics]. Moscow, 2013. 352 p. ISBN 978-5-9221-1443-1. (In Russ.).Хандельсман Ю. М. Камневые опоры. Москва: Машиностроение, 1983. 152 с.Khandel’sman Yu. M. Kamnevyye opory [Stone supports]. Moscow, 1983. 152 p. (In Russ.).Archard J. F., Hirst W. The wear of metals under unlubricated conditions // Proceedings of the Royal Society. 1956. Vol. 236 (1206). P. 397–410. DOI: 10.1098/rspa.1956.0144.Archard J. F., Hirst W. The wear of metals under unlubricated conditions // Proceedings of the Royal Society. 1956. Vol. 236 (1206). P. 397–410. DOI: 10.1098/rspa.1956.0144. (In Engl.).Ansys Mechanical APDL Theory Reference, ANSYS Inc. URL: https://pdfslide.us/documents/ansys-mechanicalapdl-theory-reference-15pdf.html?page=1 (дата обращения: 15.10.2023).Ansys Mechanical APDL Theory Reference, ANSYS Inc. URL: https://pdfslide.us/documents/ansys-mechanical-apdltheory-reference-15pdf.html?page=1 (accessed: 15.10.2023). (In Engl.).Ansys Mechanical APDL Programmers Reference, ANSYS Inc. URL: https://pdfslide.net/documents/ansys-mechanicalapdl-programmers-reference.html?page=1 (дата обращения: 15.10.2023).Ansys Mechanical APDL Programmers Reference, ANSYS Inc. URL: https://pdfslide.net/documents/ansys-mechanical-apdlprogrammers-reference.html?page=1 (accessed: 15.10.2023). (In Engl.).ГОСТ Р 57700.37-2021. Компьютерные модели и моделирование. Цифровые двойники изделий. Общие положения. Введ. 2022–01–01. Москва: Стандартинформ, 2021. 15 с.GOST R 57700.37-2021. Komp’yuternyye modeli i modelirovaniye. Tsifrovyye dvoyniki izdeliy. Obshchiye polozheniya [Computer models and simulation. Digital twins of products. General provisions]. Moscow, 2021. 15 p. (In Russ.).Põdra P., Andersson S. Simulating sliding wear with finite element method // Tribology International. 1999. Vol. 32. P. 71– 81. DOI: 10.1016/S0301-679X(99)00012-2.Põdra P., Andersson S. Simulating sliding wear with finite element method // Tribology International. 1999. Vol. 32. P. 71– 81. DOI: 10.1016/S0301-679X(99)00012-2. (In Engl.).Hegadekatte V., Huber N., Kraft O. Modeling and simulation of wear in a pin on disc tribometer // Tribology Letters. 2006. Vol. 24 (1). P. 51–60. DOI: 10.1007/s11249-006-9144-2.Hegadekatte V., Huber N., Kraft O. Modeling and simulation of wear in a pin on disc tribometer // Tribology Letters. 2006. Vol. 24 (1). P. 51–60. DOI: 10.1007/s11249-006-9144-2. (In Engl.).Söderberg A., Andersson S. Simulation of wear and contact pressure distribution at the pad-to-rotor interface in a disc brake using general purpose finite element analysis software // Wear. 2009. Vol. 267. P. 2243–2251. DOI: 10.1016/j.wear.2009.09.004.Söderberg A., Andersson S. Simulation of wear and contact pressure distribution at the pad-to-rotor interface in a disc brake using general purpose finite element analysis software // Wear. 2009. Vol. 267. P. 2243–2251. DOI: 10.1016/j.wear.2009.09.004. (In Engl.).Bastola A., Stewart D., Dini D. Three-dimensional finite element simulation and experimental validation of sliding wear // Wear. 2022. Vol. 504–505. P. 204402. DOI: 10.1016/j.wear.2022.204402.Bastola A., Stewart D., Dini D. Three-dimensional finite element simulation and experimental validation of sliding wear // Wear. 2022. Vol. 504–505. P. 204402. DOI: 10.1016/j.wear.2022.204402. (In Engl.).Kónya L., Váradi K. Wear simulation of a polymersteel sliding pair considering temperature- and time-dependent material properties // Tribology and Interface Engineering Series. 2008. Vol. 55. P. 130–145. DOI: 10.1016/S1572-3364(08)55007-5.Kónya L., Váradi K. Wear simulation of a polymer-steel sliding pair considering temperature - and time-dependent material properties // Tribology and Interface Engineering Series. 2008. Vol. 55. P. 130–145. DOI: 10.1016/S1572-3364(08)55007-5. (In Engl.).Grigull U., Sandner H. Heat Conduction. Berlin, 1984. 187 p.Grigull U., Sandner H. Heat Conduction. Berlin, 1984. 187 p. (In Engl.).Чичинадзе А. В. Основы трибологии: (трение, износ, смазка). 2-е изд., перераб. и доп. Москва: Машиностроение, 2001. 663 с. ISBN 5-217-03053-4.Chichinadze A. V. Osnovy tribologii: (Treniye, iznos, smazka) [Basics of tribology: (Friction, wear, lubrication)]. 2nd ed. Moscow, 2001. 663 p. ISBN 5-217-03053-4. (In Russ.).Alpert C. P., Chan H. M., Bennison S. J. [et al.]. Temperature dependence of hardness of alumina-based ceramics // Journal of American Ceramic Society. 1988. Vol. 71. P. 371–373.Alpert C. P., Chan H. M., Bennison S. J. [et al.]. Temperature dependence of hardness of alumina-based ceramics // Journal of American Ceramic Society. 1988. Vol. 71. P. 371–373. (In Engl.).Huang Z., Gu L. Y., Weertman J. R. Temperature dependence of hardness of nanocrystalline copper in low-temperature range // Scripta Materualia. 1997. Vol. 37, no. 7. P. 1071–1075. DOI: 10.1016/S1359-6462(97)00209-1. EDN: YALXKD.Huang Z., Gu L. Y., Weertman J. R. Temperature dependence of hardness of nanocrystalline copper in lowtemperature range // Scripta Materualia. 1997. Vol. 37, no. 7. P. 1071–1075. DOI: 10.1016/S1359-6462(97)00209-1. EDN: YALXKD. (In Engl.).Wang H. L., Hon M. H. Temperature dependence of ceramics hardness // Ceramics International. 1999. Vol. 25, no. 3. P. 267–271.Wang H. L., Hon M. H. Temperature dependence of ceramics hardness // Ceramics International. 1999. Vol. 25, no. 3. P. 267–271. (In Engl.).Milman Yu. V., Chugunova S. I., Goncharova I. V. [et al.]. Temperature dependence of hardness in silicon-carbide ceramics with different porosity // International Journal of Refractory Materials & Hard Materials. 1999. Vol. 17. P. 361–368. DOI: 10.1016/S0263-4368(99)00022-0.Milman Yu. V., Chugunova S. I., Goncharova I. V. [et al.]. Temperature dependence of hardness in silicon-carbide ceramics with different porosity // International Journal of Refractory Materials & Hard Materials. 1999. Vol. 17. P. 361–368. DOI: 10.1016/S0263-4368(99)00022-0. (In Engl.).Wang R., Li D., Li W. Temperature dependence of hardness prediction for high-temperature structural ceramics and their composites // Nanotechnology reviews. 2021. Vol. 10. P. 586–595. DOI: 10.1515/ntrev-2021-0041.Wang R., Li D., Li W. Temperature dependence of hardness prediction for high-temperature structural ceramics and their composites // Nanotechnology Reviews. 2021. Vol. 10. P. 586–595. DOI: 10.1515/ntrev-2021-0041. (In Engl.).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.