Systems. Methods. Technologies 2 (38) 2018

Systems Methods Technologies. P.M. Ogar et al. Density of gaps … 2018 № 2 (38) p. 14-18 14 УДК 621.01:621.646 DOI: 10.18324/2077-5415-2018-2-14-18 Плотность зазоров при нагружении сферических неровностей шероховатой поверхности жесткой гладкой поверхностью П.М. Огар а , Е.В. Угрюмова b Братский государственный университет, ул. Макаренко, 40, Братск, Россия а ogar@brstu.ru , b weblab@brstu.ru a https://orcid.org/0000-0001-7717-9377, b https://orcid.org/0000-0002-0764-2028 Статья поступила 2.04. 2018, принята 8.05. 2018 Статья является второй частью комплексного исследования контактных характеристик при внедрении сферических неровностей жесткой шероховатой поверхности в упругопластическое упрочняемое полупространство и при сплющивании сферических неровностей шероховатой поверхности жесткой гладкой поверхностью. В первой части исследовалась относительная площадь контакта. В настоящей работе исследования посвящены плотности зазоров в стыке. Свойства упругопластического упрочняемого материала описываются степенным законом Холломона. Для описания внедрения и сплющивания отдельной сферической микронеровности использованы результаты конечно-элементного моделирования. Для определения относительной площади контакта использована дискретная модель шероховатости в виде набора сферических сегментов, распределенных по высоте в соответствии с кривой опорной поверхности. Для этого использована регуляризованная неполная бета-функция, описывающая распределение материала по всей высоте шероховатого слоя. При определении плотности зазоров учитывался объем упругого продавливания вне зоны контакта единичной неровности. Получены аналитические выражения для определения плотности зазоров в стыке в зависимости от безразмерной нагрузки при внедрении и сплющивании сферических неровностей. Приведены соответствующие графические зависимости для разных значений параметров упрочнения. Указано, что случай сплющивания неровностей шероховатой поверхности жесткой гладкой поверхностью наиболее способствует повышению герметичности в сравнении с внедрением неровностей. Ключевые слова: шероховатая поверхность; плотность зазоров в стыке; сферическая неровность; упругопластический контакт; упрочняемый материал; внедрение сферы; сплющивание сферы. Density of gaps when spherical asperities of rough surface are loaded by rigid flat surface P.M. Ogar а , E.V. Ugryumova b Bratsk State University; 40, Makarenko St., Bratsk, Russia а ogar@brstu.ru , b weblab@brstu.ru a https://orcid.org/0000-0001-7717-9377, b https://orcid.org/0000-0002-0764-2028 Received 2.04.2018, accepted 8.05.2018 The article is the second part of the complex study of contact characteristics in the introduction of spherical asperities of a rigid rough surface into an elastoplastic hardened half-space and in the flattening of spherical asperities of a rough surface by a rigid flat surface. In the first part, the relative contact area was investigated. In the present paper, studies are devoted to the density of gaps in the joint. The properties of the elastoplastic hardening material are described by the power law of Hollomon. To describe the indentation and flattening of single spherical asperity, the results of finite element modeling are used. To determine the relative contact area, a discrete roughness model is used in the form of a set of spherical segments distributed along the height in accordance with the curve of the reference surface. For this, a regularized incomplete beta function is used, which describes the distribution of the material along the entire height of the rough layer. When determining the gap density, the volume of elastic punching outside the contact zone of a single asperity was taken into account. Analytic expressions are obtained for determining the gap density in the joint, depending on the dimensionless load during the introduction and flattening of spherical asperities. The corresponding graphical dependencies for different values of hardening parameters are given. It is indicated that the case of flattening roughness of a rough surface by a rigid flat surface is more conducive to improving the tightness in comparison with the introduction of asperities. Keywords: rough surface; gap density in joint; spherical asperity; elastoplastic contact; sphere indentation; sphere flattening. Введение Уплотнительные соединения находят широкое применение в трубопроводных коммуникациях гидропневматических систем оборудования, аппаратов и агрегатов. Их надежность во многом определяется качеством уплотнительных соединений. Обеспечение надежности уплотнительных соединений закладывается еще на стадии проектирования. Герметичность уплотнительных соединений обеспечивается нагружением их сжимающим усилием