Влияние ориентации слоев ткани в волокнистом тканевом композите на трибологические свойства

Институт проблем механики им. А.Ю. Ишлинского РАН

В данной работе экспериментально определяются трибологические свойства (коэффициент трения и интенсивность изнашивания) тканевых углерод-углеродных композитных материалов при фрикционном взаимодействии с твердым контртелом. Объектами исследований являлись четыре углерод-углеродных композитов серии «Хардкарб», произведенные ООО «ГМК» г. Таганрог. Данные композиты отличались как типом армирующей углеродной ткани, материалом прекурсора, так и температурой отжига. Для оценки влияния ориентации слоев ткани на трибологичские свойства композиты были изготовлены в двух вариациях расположения ткани к поверхности трения: перпендикулярно и параллельно. В качестве контртела использовалась спеченная керамика из карбида кремния, данный материал отличается высокой твердостью (HRC ≈ 92,5±1,5) и практически не изнашивается в процессе испытаний.

Экспериментальное изучение трибологических свойств композитов осуществляли на лабораторном трибометре UMT-2 по схеме контакта кольцо-диск. Описание трибометра и схемы испытания приведено в [1]. Испытания проводили при фиксированной нагрузке F = 150 Н и скорости скольжения V = 1,25 м/с (для композитов с перпендикулярным расположением ткани) и V = 0,5 м/с (с параллельными слоями). На рисунке приведены результаты трибологических испытаний образцов тканевых композитов, которые демонстрируют влияние на значения интенсивности изнашивания I_h (слева) и коэффициента трения µ (справа) следующих факторов: типа армирующей углеродной ткани; температуры отжига композита; расположения слоев ткани относительно поверхности трения.

Показано, что при испытании образцов с параллельным расположением слоев ткани происходит снижение интенсивности изнашивания, причем для некоторых композитов (первый и второй) снижение происходит в 2 раза с I_h ≈ 4 мкм/км до I_h ≈ 2 мкм/км по сравнению с композитами с перпендикулярным расположением слоев ткани. По значению коэффициента трения все композиты с параллельной ориентацией слоев ткани имеют меньшие µ = 0,06…0,08 показатели в сравнении с образцами с перпендикулярным армированием.

Работа выполнена при финансовой поддержке РНФ (грант №19-19-00548-П). Авторы выражают благодарность ООО «ГМК», г. Таганрог, за предоставленные образцы композитных материалов и ИФФТ РАН им. Ю.А. Осипьяна за предоставленные образцы высокопрочной керамики.

 1. Буковский П.О., Морозов А.В., Кулаков В.В., Голубков А.К., Родионов Н.Б., Кириченко А.Н. Триботехнические свойства углерод-углеродных фрикционных композитов при высоких температурах // Трение и износ. 2022. Т. 43. № 5. С. 491-501

Павел Олегович Буковский

• Подробнее...

Резонансные крутильные аэроупругие колебания кругового цилиндра конечного размаха в упругом подвесе

Механико-математический факультет МГУ имени М.В. Ломоносова, Москва; НИИ механики МГУ имени М.В. Ломоносова, Москва

В работе исследуется задача воспроизведения и выявления механизмов поддержания незатухающих нелинейных резонансных колебаний упруго закрепленного цилиндра в потоке сплошной среды с возможностью частичного отбора мощности колебаний. Актуальность и практическая значимость данной задачи определяется её связью с ведущимся в мире поиском принципов проектирования новых типов ветрогенераторов без использования вращающихся и/или трущихся элементов.

Объектом исследования является система, состоящая из жесткого тонкостенного цилиндра конечного размаха, установленного на упругой консольной балке поперечно направлению дозвукового воздушного потока в аэродинамической трубе. Цель исследования - выявление и анализ механизмов различных типов аэроупругих резонансных возбуждений системы для использования в конструкциях ветрогенераторов на основе вихревых колебаний (VIV). Представлены результаты экспериментального исследования. В отличие от аналогичных работ с аналогичной конфигурацией модели, совершающей поперечные поступательные колебания [1]-[3], нами обнаружен неисследованный ранее тип VIV, в котором цилиндр вращается около продольной оси консольной державки.

Эксперименты проводились в НИИ механики МГУ в аэродинамической трубе А-10 с камерой Эйфеля и открытой рабочей частью. Экспериментально выявлены незатухающие изгибные и крутильные колебания, соответствующие состоянию резонанса. Предложены безразмерные параметры, определяющие качественную картину колебаний. Проведена визуализация течения за колеблющимся цилиндром.

1.    [1] Williamson, C.H.K., Govardhan, R., 2004. Vortex-induced vibrations. Annu. Rev. Fluid Mech. 36, 413–455.

2.       [2] Dai, H.; Abdelkefi, A.; Wang, L. Piezoelectric energy harvesting from concurrent vortex-induced vibrations and base excitations. Nonlinear Dyn. 2014, 77, 967–981.

3.      [3]Oleg Ivanov, Vasily Vedeneev. Vortex-induced vibrations of an elastic cylinder near a
finite-length plate. Journal of Fluids and Structures. 2021. Vol. 107. 103393.

Ярослав Владиславович Демченко

• Подробнее...