Моделирование поверхности

Объект исследования: шероховатая инженерная поверхность

Результаты, полученные лично автором: рассмотрены способы получения моделей инженерных поверхностей с оценкой их качества.

Инженерия поверхности объединяет методы направленного изменения физико - химических свойств поверхностных слоев материалов путем деформирования, модифицирования, нанесения пленок, покрытий, защитных слоев различными комбинированными методами. Комплексное использование достижений ряда фундаментальных наук обеспечивает создание и практическое использование в основном и в ремонтном производствах новых высокоэффективных ресурсосберегающих технологий управления функциональными свойствами деталей машин за счет направленного создания оптимальной топографии, определенных физико-механических характеристик поверхностных слоев и управления их свойствами.

На рис. 1 для примера представлены два метода обработки инженерной поверхности – точение и электроэррозия.

Рис. 1. Виды механической обработки

Параметры шероховатости регламентированы ГОСТ 2789-73 (рис. 2):

• высотные (Ra − среднее арифметическое отклонение профиля, мкм; Rmax − наибольшая высота профиля, мкм; Rz − высота неровностей профиля по 10 точкам, мкм);

• шаговые (Sm − средний шаг неровностей, мм; S − cредний шаг местных выступов профиля, мм);

• гибридные (tp – относительная опорная длина профиля, %).

Рис. 2. Параметры шероховатости

Для трехмерного анализа поверхности использованы трехмер-ные аналоги данных параметров.

При оценке эксплуатационных свойств элементов трибосистем и прогнозировании поведения узлов трения классических параметров шероховатости, в ряде случаев, оказывается недостаточно. Поэтому актуальным решением является моделирование шероховатых инженерных поверхностей на ЭВМ с целью проведения машинных (численных) экспериментов для решения сложных задач.

Моделирование поверхностей в виде конусов, трапеций, эллипсов и прочих математических фигур не даёт действительных результатов ввиду большого отличия структуры реальной поверхности и модели. Представление поверхности как фрактального объекта позволяет учесть особенности структуры поверхностного слоя. Структура реальной инженерной поверхности описывается случайным процессом, содержащим нерегулярные (или хаотические) геометрические компоненты разных масштабов. Математические модели идеальных фрактальных поверхностей учитывают различный уровень детализации геометрической структуры поверхности (в том числе шероховатость и субмикрошероховатость). Пример таких поверхностей представлен на рис. 3.

а) б)

Рис. 3. Реальные инженерные поверхности (а) и их модели (б)

Таким образом, в зависимости от поставленной задачи необходимо выбрать те модели, которые в достаточной мере описывают особенности топографии поверхности деталей машин и позволяют оценить функциональное назначение изучаемой поверхности.

Материал поступил в редколлегию 20.04.2017

УДК 005.007

Н.И. Червинский

Научный руководитель: ассистент кафедры «Детали машин», С.А.Олисов

niacdcy@yandex.ru