Поверхностного разрушения

Предлагаемая вниманию читателей книга является, по-видимому, одной из первых попыток восполнить в какой-то мере отмеченный пробел. В ней излагаются теоретические основы радиационного и сложного теплообмена и рассматриваются методы экспериментального исследования этих процессов. При этом теория радиационного теплообмена рассматривается исходя из более общего построения, а именно с учетом анизотропии объемного и поверхностного рассеяния, селективного характера излучения, индуцированного испускания и при произвольных конфигурациях излучающих систем.

Рис. 1-7. Индикатриса отражения (поверхностного рассеяния) оптически шероховатой поверхности.

Радиационными характеристиками оптически шероховатых поверхностей являются направленная отражательная способность rv s (s) и индикатриса отражения (поверхностного рассеяния) /?v(s', s). Их произведение носит название коэффициента яркости поверхности.

Для количественной оценки диффузного отражения энергии по различным направлениям вводится (аналогично рассеянию в среде) индикатриса отражения или поверхностного рассеяния. Будем считать, что диффузное отражение от шероховатой поверхности не сопровождается перераспределением излучения по частотам. Пусть в направлении s в том же интервале частот d-v и в элементарном телесном угле dcos отражается количест-

где rv s (T) (s') и pv (Г) (s', — s) — соответственно спектральные направленная отражательная способность (для направления s') и индикатриса поверхностного рассеяния в условиях термодинамического равновесия поверхности.

Вторая часть книги, посвященная радиационному теплообмену, построена следующим образом. Вначале составлена система уравнений, описывающая процессы радиационного теплообмена в более общей постановке, характеризующейся учетом селективности излучения, анизотропии объемного и поверхностного рассеяния и произвольностью геометрической конфигурации излучающей системы.

среда, так и граничная поверхность являются селективными, обладающими произвольными индикатрисами объемного и поверхностного рассеяния.

дан дифференциальный метод расчета теплообмена излучением, известный под названием приближения Шу-стера — Шварцшильда или дифференциально-разностного приближения [Л. 1, 6, 17, 29, 43, 44, 336, 337, 343]. Авторами этого метода являются Шустер [Л. 336] и Шварцшильд [Л. 337], предложившие свой метод в 1905—1906 гг. для исследования переноса излучения в плоских слоях атмосферы. В дальнейшем это приближение уточнялось, совершенствовалось и использовалось в различных областях науки и техники: в астрофизике [Л. 1, 337, 338], метеорологии (Л. 339, 340], геофизике [Л. 45, 46], теплотехнике [Л. 29, 47—50, 341, 342] и др. Применительно к геофизическим задачам приближение Шустера —• Шварцшильда было уточнено Е. С. Кузнецовым (Л. 44—46], а обобщение этого приближения на случай селективного излучения с учетом анизотропии объемного и поверхностного рассеяния при произвольных формах излучающих систем произведено в [Л. 29].

В настоящей главе излагаются теоретические основы дифференциально-разностного приближения. При этом рассмотрение проводится с учетом селективного характера излучения, анизотропии объемного и поверхностного рассеяния и при произвольных формах излучающих систем, как это сделано в [Л. 29]. Далее с помощью дифференциально-разностного приближения выполнено решение двух задач, имеющих практическое значение: исследовано влияние рассеяния на радиационный теплообмен и решена задача переноса излучения в слое ослабляющей среды при задании поля тепловыделений.

В настоящей главе изложены теоретические основы диффузионного приближения с учетом селективности излучения и анизотропии объемного и поверхностного рассеяния (Л. 29]; проанализировано влияние формы индикатрисы рассеяния на коэффициент диффузии излучения и указаны условия, при которых этот коэффициент принимает простейшие выражения; как частный случай диффузионного приближения рассмотрено приближение радиационной теплопроводности.

Одновременно с этим следует отметить, что система уравнений (5-51) и (5-52) с граничными условиями (5-53) или (5-56) является общей и формально точной. Эта система учитывает все особенности процессов объемного и поверхностного рассеяния, селективный характер излучения и пространственное распределение интенсивности по различным направлениям. В принципе путем

Рекомендации. Классификация видов поверхностного разрушения (изломов) ме аллов. - М.: ВНИИНМАШ, 1979.

На электронных фотомикрографиях поверхностей стальной стружки и твердосплавного инструмента резания видны особые упорядоченные структуры, которые сформированы системой на закритические условия создания, эволюционной эксплуатации или поверхностного разрушения. Система резания открыто обменивается с внешней средой веществом, энергией и информацией, а также обладает проявлением согласованности микропроцессов и элементов при закрИтвческом отклонении от равновесия.

Взаимное внедрение и деформация поверхностей трения обусловливают напряженно-деформированное состояние поверхностных слоев. Упругопластическая деформация является основным процессом, определяющим характеристики внешнего трения. Это объясняется ее непосредственным участием в процессах контактирования и сопротивления перемещению при трении, а также в процессах теплообразования, формирования эксплуатационного состояния поверхности, сил трения и поверхностного разрушения.

Существующие представления о механизме поверхностного разрушения полимеров при трении недостаточно обоснованы и неполны. Как правило, в основу рассмотрения положены не результаты исследования процессов поверхностного разрушения деталей конкретных машин, в которых нормализация процессов трения и изнашивания деталей достигла высокого уровня, а данные лабораторных испытаний, полученные на образцах. Вследствие этого в предлагаемых описаниях поверхностного разрушения преобладают не нормальные процессы трения и изнашивания, присущие сопряжениям машин, а недопустимые явления повреждаемости поверхностей. В то же время необходимо отметить работу по исследованию полимерных материалов в узлах трения машин, выполненную группой ученых, возглавляемой В.А. Белым. Основным результатом этой работы является установление ведущей роли физико-химических процессов, сопровождающихся образованием и разрушением фрикционных связей в металлополимерных трибосистемах [5]. Установлено, что адгезионное взаимодействие и формирование пленок фрикционного переноса являются важнейшими моментами в механизмах трения и изнашивания металлополимерных трибосопряжсний. При сближении молекул на расстояние менее 100 им происходит межмолекулярное взаимодействие. Для пары металл—полимер такое взаимодействие может быть обусловлено ван-дер-ваальсовыми силами воз-

мостью адгезионно-усталостному износу, о чем свидетельствует вид поверхностного разрушения контактных площадок.

Рекомендации. Классификация видов поверхностного разрушения (изломов) ме аллов. - М.: ВНИИНМАШ, 1979.

При взаимном внедрении неровностей шероховатых поверхностей многократно возникают напряжения и деформации, которые зависят от условий нагружения, сил трения, упругих и пластических свойств материалов, форм и размеров неровностей. Возникновение напряжений и деформаций, многократно повторяясь, приводит к разрушению на отдельных участках трущихся поверхностей и к отделению частиц материала. Такой процесс поверхностного разрушения рассматривается как фрикционно-контактная усталость [52, 56].

В широком смысле слова эрозия — процесс поверхностного разрушения вещества под действием внешней среды. Эрозия происходит при обтекании изделий потоком твердых, жидких или газообразных частиц или при электрических разрядах. Вследствие ударов о поверхность металла мельчайшие частицы потока разрушают его поверхностный слой. Эрозия заметно возрастает с увеличением кинетической энергии действующих частиц, с повышением шероховатости поверхности. Если частицы или изделие, на которое они воздействуют, находятся при высоких температурах, то процесс эрозии значительно усиливается термическим влиянием. При наличии агрессивной среды, являющейся носи-

Степень поверхностного разрушения при наличии глазури — на порядок меньше, чем при комнатной температуре, и даже меньше, чем в атмосфере азота при 20 °С. Степень поражения от фреттинга увеличивается почти линейно в зависимости от нагрузки, амплитуды скольжения и числа циклов при трении (после завершения начальной стадии процесса).

Процесс трения характеризуется большим разнообразием видов фрикционных сочленений, материалов, условий их работы и изменений, происходящих на контакте. Соответственно и диапазон изменения интенсивности износа очень широк: 10~2—10~12. Все это обусловливает сложность систематического исследования поверхностного разрушения и появление огромного количества ра-

Е. М. Швецова и И. В. Крагельский (1953 г.) разработали классификацию видов поверхностного разрушения, построенную ла рассмотрении трех последовательных этапов: взаимодействие поверхностей, происходящее при скольжении, их изменение и разрушение [34].