Механика контактного взаимодействия и физика трения, От нано-трибологии до динамики землетрясений, Попов В.Л., 2013

Механика контактного взаимодействия и физика трения, От нано-трибологии до динамики землетрясений, Попов В.Л., 2013.
 
  Книга посвящена изложению механики контактного взаимодействия в ее взаимосвязи с физикой трения и способствует более глубокому физическому пониманию трибологических явлений. С единой точки зрения обсуждаются такие тесно связанные между собой феномены, как контакт, адгезия, капиллярные силы, трение, смазка и износ. Автор освещает (1) методы качественной оценки трибологических величин, (2) методы аналитического расчета в минимально необходимом объеме, а также (3) основы численных методов моделирования в физике трения. Тем самым создается целостная картина трибологических процессов на различных масштабных уровнях (от нанотрибологии до динамики землетрясений). Отдельные главы посвящены динамике трибологических систем, в том числе фрикционным неустойчивостям и структурообразованию при трении, а также реологии и физике трения эластомеров. Задачи с решениями в каждой главе служат углублению и практическому применению полученных знаний.
Книга рассчитана на студентов инженерных специальностей высших учебных заведений, инженеров и научных сотрудников, работающих в области трибологии.

Явления трения и контактного взаимодействия.
Механика контактного взаимодействия и физика трения являются основополагающими инженерными дисциплинами, необходимыми для проектирования надежных и энергосберегающих технических устройств. Круг их применения широк и разнообразен: соединительные муфты, тормозные системы, шины, подшипники скольжения и качения, двигатели внутреннего сгорания! шарниры, уплотнения, электрические контакты или обработка материалов давлением, ультразвуковая сварка и многое другое. Разнообразие приложений обусловливает широту спектра задач контактной механики и физики трения от определения контактной прочности элементов соединений, влияния наличия и количества смазочного материала на силу трения и износ материалов в контактной паре до приложений в мнкро- и наносистемной технике. Трение — это явление, которое занимало человечество на протяжении сотен и тысяч лет. И сегодня оно продолжает играть центральную роль в разработке новых технологий.
Классическим примером контактного взаимодействия является контактная пара колесо рельс, в которой наибольший интерес представляют напряжения в области контакта и ее трансмиссионные свойства. Контактные пары могут служить для передачи механической энергии, электрического тока и тепла, либо же препятствовать транспорту нежелательных веществ (уплотнения). Примерами контактного взаимодействия являются как взаимодействие острия атомно-силового микроскопа со сканируемым материалом, так и явления в области контакта между тектоническими плитами. Явления трения и контактного взаимодействия на различных уровнях (от нано- до мегауровня) имеют много общего и могут быть описаны сходными методами. Таким образом, механика контактного взаимодействия и физика трения в современной науке и технике представляют собой широкое поле исследовательской и прикладной деятельности, охватывающее как практически необозримую область классической трибологии, так и такие объекты и явления, как молекулярные моторы, сокращение мышц, вплоть до динамики землетрясений.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие
Глава 1. Введение
1.1. Явления трения и контактного взаимодействия
1.2. История механики контактного взаимодействия и физики трения
1.3. Структура книги
Глава 2. Качественное описание контактного взаимодействия — нормальный контакт без адгезии
2.1. Краткий обзор механических свойств материалов
2.2. Простые контактные задачи
2.3. Качественные методы оценки контактов с трехмерными упругими телами
Глава 3. Качественное описание контактов с адгезией
3.1. Физическая природа сил адгезии
3.2. Сила адгезии между телами с искривленными поверхностями
3.3. Качественная оценка силы адгезии между упругими телами
3.4. Влияние шероховатости поверхности на адгезию
3.5. Клейкая лента
3.6. Дополнительная информация о силах Ван-дер-Ваальса и поверхностной энергии
Глава 4. Капиллярные силы
4.1. Поверхностное натяжение и краевой угол смачивания
4.2. Гистерезис угла смачивания
4.3. Давление под искривленной поверхностью
4.4. Капиллярные мостики
4.5. Капиллярная сила между абсолютно твердой плоскостью и абсолютно твердым шаром
4.6. Жидкости на шероховатых поверхностях
4.7. Капиллярные силы и трибология
Глава 5. Строгое рассмотрение нормального контакта без адгезии — теория Герца
5.1. Деформация упругого полупространства под влиянием поверхностных сил
5.2. Теория контактного взаимодействия Герца
5.3. Контакт упругих тел с искривленной поверхностью
5.4. Контакт между абсолютно твердым коническим индентором и упругим полупространством
5.5. Внутренние напряжения в герцевском контакте
Глава 6. Строгое рассмотрение нормального контакта с адгезией
6.1. Теория Джонсона. Кендалла и Робертса (JKR)
Глава 7. Контакт между шероховатыми поверхностями
7.1. Модель Гринвуда и Вильямсона
7.2. Пластическая деформация микрошероховатостей
7.3. Электрические контакты
7.4. Тепловые контакты
7.5. Механическая жесткость контактов ,
7.6. Уплотнения
7.7. Шероховатость и адгезия
Глава 8. Касательная контактная задача
8.1 Деформация упругого полупространства под действием сосредоточенной касательной силы
8.2. Деформация упругого полупространства под действием распределенных касательных усилий
8.3. Касательная контактная задача без проскальзывания
8.4. Касательная контактная задача с учетом микропроскальзывания
8.5. Отсутствие микропроскальзывания при касательном нагружении контакта с абсолютно твердым цилиндрическим индентором
Глава 9. Контактирование упругих тел при качении
9.1. Качественное описание контактирования упругих тел при качении
9.2. Распределение напряжений в контакте качения
Глава 10. Закон трения Кулона
10.1. Введение
10.2. Трение покоя и трение скольжения
10.3. Угол трения
10.4. Зависимость коэффициента трения от продолжительности контакта.
10.5. Зависимость коэффициента трения от нормальной силы
10.6. Зависимость коэффициента трения от скорости скольжения
10.7. Зависимость коэффициента трения от шероховатости поверхности
10.8. Представления Кулона о физической природе сил сухого трения
10.9. Теория Боудена и Тейбора
10.10. Зависимость коэффициента трения от температуры
Глава 11. Модель сухого трения Прандтля-Томлинсона
11.1. Введение
11.2. Основные свойства модели Прандтля-Томлинсона
11.3. Упругая неустойчивость
11.4. Сверхнизкое трение твердых тел
11.5. Концепции микро- и наномоторов
Глава 12. Фрикционные автоколебании
12.1. Неустойчивость, обусловленная уменьшением силы трения со скоростью скольжения
12.2. Неустойчивость в системе с распределенной упругостью
12.3. Критическое затухание и оптимальное подавление скрипа
12.4. Активное подавление скрипа
12.5. Прочностные аспекты при фрикционных автоколебаниях
12.6. Зависимость условий устойчивости от жесткости системы
12.7. Динамическое заклинивание в самотормозящихся системах
Глава 13. Тепловые процессы в контактах
13.1. Введение
13.2. Температурные вспышки в микроконтакте
13.3. Термомеханическая неустойчивость
Глава 14. Трибологические системы со смазкой
14.1. Течение между двумя параллельными пластинами
14.2. Гидродинамическая теория смазки
14.3. «Вязкая адгезия»
14.4. Реология смазочных материалов
14.5. Граничная смазка
14.6. Эластогидродинамическая смазка
14.7. Твердые смазки
Глава 15. Вязко-упругие свойства эластомеров
15.1. Введении
15.2. Релаксация напряжения в эластомерах
15.3. Комплексный, зависящий от частоты модуль сдвига
15.4. Свойства комплексного модуля сдвига
15.5. Диссипация энергии в вязко-упругом материале
15.6. Измерение комплексного модуля сдвига
15.7. Реологические модели эластомеров
15.8. Простая реологическая модель для резины («стандартная модель»)
15.9. Влияние температуры на реологические свойства
15.10. Приведенная зависимость модуля сдвига от частоты
15.11. Ряды Прони
Глава 16. Трение и механика контактного взаимодействия эластомеров
16.1. Трение между эластомером и абсолютно твердой шероховатой поверхностью
16.2. Сопротивление качению
16.3. Адгезионный контакте эластомерами
Глава 17. Изнашивание
17.1. Введение
17.2. Абразивное изнашивание
17.3. Адгезионное изнашивание
17.4. Условия для трения с минимальным износом
17.5. Износ как перенос материала из зоны трения
17.6. Износ эластомеров
Глава 18. Влияние ультразвуковых колебаний на трение
18.1. Влияние ультразвука на силу трения с макроскопической точки зрения
18.2. Влияние ультразвука на силу трения с микроскопической точки зрения
18.3. Экспериментальные исследования силы трения покоя как функции амплитуды колебаний
18.4. Экспериментальные исследования трения скольжения как функции амплитуды колебания
Глава 19. Методы численного моделирования в физике трения
19.1. Краткий обзор методов численного моделирования контактных задач и трения
19.2. Редукция трехмерных контактных задач к одномерным
19.3. Контактное взаимодействие в макроскопической трибологической системе
19.4. Применение метода редукции размерности к многоконтактным задачам
19.5. Применение метода редукции размерности к контактам с вязко-упругими телами
19.6. Адгезия в методе редукции размерности
19.7. Отображение напряжений в методе редукции размерности
19.8. Алгоритм применения метода редукции размерности
19.9. Учет смазки, кавитации и пластической деформации в методе редукции размерности
Глава 20. Динамика землетрясений и физика трения
20.1. Введение
20.2. Сейсмический момент и магнитуда землетрясения
20.3. Законы трения для горных пород
20.4. Устойчивость скольжения в случае трения, зависящего от скорости и внутренней переменной состояния
20.5. Зарождение землетрясений и постсейсмическое скольжение
20.6. Форшоки и афтершоки
20.7. Механика блочных сред и структура разломных зон
20.8. Возможно ли предсказание землетрясений?
Приложение
Список литературы
Список использованных иллюстраций
Предметный указатель.