Основные методы решения контактных задач
Общие подходы к решению контактных задач в машиностроении
При расчете контактной прочности машиностроительных деталей в расчетных схемах отражаются только их геометрические формы. Микрогеометрия контактирующих поверхностей рассматривается специалистами в отрасли технологии машиностроения при оценке качества поверхностного слоя детали. Причем для этой оценки используются весьма упрощенные схемы, в котором неровности представляются набором геометрических тел, поверхности которых описываются уравнениями сфер, эллипсоидов, призм или пирамид. В таких расчетах рассматриваются преимущественно плоские стыки элементов деталей.
Вместе с тем существует класс задач, для которых необходимо учесть в расчетных схемах и макрогеометрию тел и микрогеометрию контактирующих поверхностей. В качестве примера можно назвать тормозные устройства транспортных средств. Для таких узлов характерны низкие уровни контактных давлений между колодкой и поверхностью торможений. В этих условиях тела контактируют по вершинам неровностей, в которых выделяется теплота, в результате чего повышается температура деталей узла, а температурные деформации вызывают перераспределение контактных давлений. В этом случае использование расчетной схемы, не учитывающей наличие неровностей на поверхностях контакта, возможно лишь для хорошо приработанных поверхностей.
Научное направление, использующее расчетные схемы, учитывающие наличие неровностей на контактирующих поверхностях, получило значительное развитие в связи с необходимостью расчета контактной жесткости деталей. Учет реальных условий контактирования поверхностей для оценки контактной прочности материалов не менее необходим.
Развитие численных методов, особенно базирующихся на использовании конечно-элементных расчетных схем, позволило отказаться от ряда допущений, в рамках которых решались контактные задачи для шероховатых поверхностей.
