Formy zużycia i prawa zużycia: przegląd

Wear is a process of gradual removal of a material from surfaces of solids subject to contact and sliding. Damages of contact surfaces are results of wear. They can have various patterns (abrasion, fatigue, ploughing, corrugation, erosion and cavitation). The results of abrasive wear are identified as irreversible changes in body contours and as evolutions of gaps between contacting solids. The wear depth profile of a surface is a useful measure of the removed material. The definition of the gap between contacting bodies takes into account deformations of bodies and evolutions of wear profiles. The wear depth can be estimated with the aid of wear laws. Derived in this study, constitutive equations of anisotropic wear are extensions of the Archard law of wear. The equations describe abrasion of materials with microstructures. The illustrative example demonstrates calculations of the abraded mass and temperatures in pin-on-disc test rig.Zużycie jest to stopniowe usuwanie materiału z powierzchni stykających i ślizgających się ciał stałych. Następstwem zużycia są uszkodzenia powierzchni styku. Mogą one przyjmować różną formę (ścierania, zmęczenia, bruzdowania, korugacji, erozji i kawitacji ) Konsekwencjami procesu zużycia ściernego są nieodwracalne zmiany kształtów ciał oraz powiększanie luzów (szczelin) między stykającymi się ciałami. Użyteczną miarą usuniętego materiału jest profil głębokości zużycia powierzchni. Definicja luzu między stykającymi się ciałami uwzględnia odkształcenia ciał oraz ewolucję profili zużycia. Głębokość zużycia może być oszacowana z pomocą praw zużycia. Wyprowadzone w niniejszej pracy równania konstytutywne anizotropowego zużycia są rozszerzeniem prawa zużycia Archarda. Opisują one ścieranie materiałów z mikrostrukturą. W przykładzie ilustracyjnym obliczono ubytek masy i temperaturę w stanowisku doświadczalnym typu pin-on-disc

Cząstki zużycia: przegląd własności i modeli konstytutywnych

Wear appears as gradual removal of a material from contacting and rubbing surfaces of solids during their relative sliding. The mechanism of wear involves formation of debris particles. The particles have small sizes and different shapes. The wear debris can be "rolled over" into cylindrical, spherical and needle-like particles. Particles are detached from rubbing surfaces and they form a more or less continuous interfacial layer. They transmit forces, moments and displacements (translational and rotational) at the contact interface. The presence of wear debris between sliding surfaces affects frictional and wear behaviour significantly. Constitutive relations characterize quasi-solid, quasi-fluid and granular-like behaviour of wear particles. In the paper, two constitutive models of wear debris are discussed: (a) material continuum, (b) granular medium. The continuum models are formulated for a micropolar thermoelastic material, micropolar fluid and thermo-viscous fluid.Zużycie jest to stopniowe usuwanie materiału ze stykających i trących się powierzchni ciał stałych podczas ich względnego poślizgu. Mechanizm zużycia powoduje tworzenie cząstek zużycia. Cząstki są o małych wymiarach i różnych kształtach. Cząstki zużycia mogą być "zrolowane" w walce, kule lub igiełki. Cząstki oddzielone od trących się powierzchni tworzą prawie ciągłą warstwę pośrednią. Przekazują one siły, momenty i przemieszczenia (translacyjne i obrotowe) w obszarze styku. Obecność cząstek zużycia między ślizgającymi się powierzchniami oddziaływuje w sposób istotny na zjawiska tarcia i zużycia. Relacje konstytutywne charakteryzują własności cząstek zużycia typu qusi-ciało stałe, quasi-płyn i ośrodek granulowany. W pracy rozpatrzono dwa modele konstytutywne cząstek zużucia: (a) model ośrodka ciągłego, (b) model ośrodka granulowanego. Modele typu ośrodka ciągłego zostały sformułowane dla mikropolarnego materiału termosprężystego, płynu mokropolarnego i płynu termo-lepkiego

Variational descriptions of wearing out solids and wear particles in contact mechanics

Experimental studies demonstrated the central role played by wear particles in sliding contacts. In this contribution, the classical variational formulation of contact problems is extended to wearing out solids by including the interfacial layer of wear debris between contacting bodies. Variational formulations are developed starting from strong forms of governing relations for the wearing solids and the layer. An implementation of a finite element representation of the contact problem is presented. The Lagrange multiplier method is applied to determine contact forces and to satisfy kinematic contact constraints. Discretized forms of the variational functionals lead to equations which can be useful in numerical analysis.Wariacyjne opisy w mechanice kontaktu zużywających się ciał stałych i cząstek zużycia. Badania doświadczalne wskazały na istotną rolę, którą odgrywają cząstki zużycia znajdujące się w obszarach styku. W pracy uogólniono klasyczne sformułowania wariacyjne zagadnień kontaktowych na przypadek zużywających się ciał stałych uwzględniając warstwę cząstek zużycia między stykającymi się ciałami. Opisy wariacyjne wyprowadzono wychodząc z różniczkowych postaci równań stanu dla zużywających się ciał i warstwy cząstek zużycia. Przedstawiono implementację do metody elementów skończonych. Wykorzystano metodę mnożników Lagrange'a w celu określenia sił kontaktowych oraz spełnienia kinematycznych więzów styku. Dyskretne postacie funkcjonałów wariacyjnych prowadzą do równań, które mogą być użyteczne w analizie numerycznej