Моделирование износа динамически нагруженной пары трения при вращательном движении исполнительного органа

Работа посвящена математическому моделированию сложного динамического нагружения пары трения скольжения при вращательном движении исполнительного органа с использованием программного обеспечения ANSYS, а также определению основных отличий ее поведения в сравнении со статическим нагружением.

РЕФЕРАТ ………………………………………………………………………………………………. 8
Определения, обозначения, сокращения, нормативные ссылки ……………….. 9
Оглавление …………………………………………………………………………………………… 11
Введение………………………………………………………………………………………………. 14
1 Литературный обзор ………………………………………………………………………. 16
1.1 Факторы влияющие на износ ……………………………………………………….. 16
1.2 Законы изнашивания …………………………………………………………………… 17
1.2.1 Модель Арчарда ……………………………………………………………………. 19

1.3 Программные продукты для моделирования износа …………………….. 20
1.3.1 ANSYS………………………………………………………………………………….. 21

1.3.2 ABAQUS ………………………………………………………………………………. 30

1.3.3 COMSOL Multiphysics …………………………………………………………… 33

1.3.4 Сравнение и выбор средства компьютерного моделирования
износа………………………………………………………………………………………………………….. 37

2 Объект и методы исследования ………………………………………………………….. 41
3 Расчеты и аналитика ………………………………………………………………………….. 44
3.1 Исходные данные ………………………………………………………………………… 44
3.2 Планируемые результаты моделирования ……………………………………. 45
3.3 Построение геометрической и конечно элементной модели пары
трения «вал-колодки» ………………………………………………………………………………….. 47
3.4 Контактное взаимодействие и износ…………………………………………….. 49
3.5 Задание граничных условий и нагрузки ……………………………………….. 50
3.6 Настройка свойств анализа ………………………………………………………….. 52
3.7 Анализ результатов моделирования …………………………………………….. 53
4 Финансовый менеджмент…………………………………………………………………… 62
4.1 Предпроектный анализ ………………………………………………………………… 62
4.1.1 Потенциальные потребители результатов исследования ………… 62
4.1.2 Анализ конкурентных технических решений с позиции
ресурсоэффективности и ресурсосбережения……………………………………………….. 64

4.1.3 FAST-анализ …………………………………………………………………………. 67

4.1.4 SWOT-анализ………………………………………………………………………… 75

4.1.5 Оценка готовности проекта к коммерциализации ………………….. 82

4.2 Инициация проекта ……………………………………………………………………… 85
4.2.1 Цели и результат проекта ………………………………………………………. 85

4.2.2 Организационная структура проекта ……………………………………… 87

4.2.3 Ограничения и допущения проекта ……………………………………….. 88

4.3 Планирование научно-исследовательских работ ………………………….. 90
4.3.1 Структура работ в рамках научного исследования …………………. 90

4.3.2 Определение трудоемкости выполнения работ ………………………. 92

4.3.3 Бюджет научного исследования …………………………………………….. 96

4.4 Определение ресурсоэффективности научного исследования …….. 106
5 Социальная ответственность ……………………………………………………………. 111
Введение…………………………………………………………………………………………. 111
5.1 Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности 111
5.1.1 Правовые нормы трудового законодательства …………………….. 111

5.1.2 Производственная безопасность ………………………………………….. 113

5.2 Анализ факторов производственного процесса, которые может
создать объект исследования. …………………………………………………………………….. 114
5.2.1 Механические опасные факторы………………………………………….. 114

5.2.2 Термические опасные факторы ……………………………………………. 116

5.2.3 Химические факторы …………………………………………………………… 116

5.2.4 Электрический ток и короткое замыкание ……………………………. 117

5.2.5 Микроклимат ………………………………………………………………………. 119
5.2.6 Освещенность рабочей зоны………………………………………………… 120

5.2.7 Психологические факторы …………………………………………………… 123

5.3 Экологическая безопасность………………………………………………………. 125
5.3.1 Влияние смазывающих жидкостей на атмосферу …………………. 125

5.3.2 Влияние смазывающих жидкостей на гидросферу ……………….. 125

5.3.3 Влияние частиц абразивного износа на литосферу ……………….. 126

5.4 Безопасность в чрезвычайных ситуациях……………………………………. 126
5.4.1 Профилактические мероприятия ………………………………………….. 127

5.4.2 Требования пожарной безопасности к путям эвакуации ……….. 128

5.5 Последовательность действий при возникновении пожара …………. 129
5.5.1 Действия сотрудника лаборатории (инженера) …………………….. 129

Выводы …………………………………………………………………………………………… 131
Заключение ………………………………………………………………………………………… 132
Список используемой литературы ………………………………………………………. 133
Приложение А ……………………………………………………………………………………. 135
Приложение Б …………………………………………………………………………………….. 158

В ходе проведенной работы было сделано следующее:
1. Проведен аналитический обзор и сравнение программных пакетов
конечно-элементного анализа. После анализа достоинств и
недостатков был выбран пакет ANSYS.
2. Разработана геометрическая и конечно-элементная модель пары
трения «вал-колодки».
3. Построена математическая модель пары трения.
4. Проведено теоретическое исследование изнашивания пары трения
«вал-колодки» в программном пакете ANSYS при динамическом
режиме нагружения полученные результаты соответствуют
практическим результатам. Однако в дальнейшим для более
подробного моделирования необходимо построить более точную
модель описывающую динамику работы трибосопряжения.
5. При дальнейшим исследовании необходимо построить свою модель
износа, учитывающую влияния все физических факторов,
действующих на пару трения «вал-колодки» в процессе ее
испытаний.
6. Проведен анализ влияния износа на динамические показатели
(такие как контактное давление, контактная площадь) а также
напряженное состояния пары трения «вал-колодки».
7. Определена экономическая и ресурсоэффективная составляющая
проекта. Проведен расчет затрат НТИ. Проведен SWOT и FAST
анализ исследовательского проекта.
8. Рассмотрен вопрос с организацией рабочего места исследователя,
осуществляющего испытания в лаборатории. Определены вредные
и опасные факторы, оказывающие влияние на исследователя при
проведении испытании.