Анизотропия шероховатости поверхности и анизотропное трение при пластическом деформировании

N S Sivtsev; V V Tarasov; N Y Mikhailova

doi:10.22213/2413-1172-2023-3-4-15

Authors

N. S. Sivtsev Kalashnikov ISTU
V. V. Tarasov Udmurt Federal Research Center of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences
N. Y. Mikhailova Kalashnikov ISTU

DOI:

https://doi.org/10.22213/2413-1172-2023-3-4-15

Keywords:

plastic deformation, mechanics, model, friction, roughness, anisotropy

Abstract

The isotropy of friction, usually assumed when considering the issues of classical mechanics of bodies and solving engineering problems, is essentially a special case of anisotropic friction, which dominates the nature of friction. This is explained by the objectively existing difference in the properties of the self-organizing medium of the frictional interaction of bodies in different directions. Among these properties are the anisotropy of the physical and mechanical characteristics of the material and its wear, the kinematics of sliding in a friction pair, and the structure of the near-surface layer. An equally important property of the medium generating anisotropic friction is the anisotropy of the roughness of the contacting surfaces. A large number of papers have been devoted to the study of anisotropic friction. They study the friction characteristics of specific materials and friction pairs, the wear resistance of surfaces, models of the dynamics of bodies on a rough surface. Most often these works are experimental in nature. In this article, the influence of roughness anisotropy on anisotropic friction in the processes of plastic deformation of metals is considered at the phenomenological level. A deterministic model of anisotropic (orthotropic) friction is proposed, which makes it possible to determine the magnitude of the friction force and the direction of movement of the deformable metal on the contact surface by the ratio to the vector of the external shear force, depending on the quantitative and qualitative parameters of the roughness of the tool surface. The roughness of the contacting surfaces in the workpiece-tool friction pair is approximated by a set of ordered wedge-shaped protrusions. Contact interaction is considered as the process of deformation of the wedge-shaped protrusions of the workpiece by absolutely rigid wedge-shaped protrusions of the tool. In the process of plastic deformation, an asymptotic approximation of the roughness of the surface of the workpiece to the roughness of the surface of the tool occurs with the full filling of the hollows of the tool irregularities with a plastic wave of the metal of the workpiece.

Author Biographies

N. S. Sivtsev, Kalashnikov ISTU

DSc in Engineering, Professor

V. V. Tarasov, Udmurt Federal Research Center of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences

DSc in Engineering, Professor

N. Y. Mikhailova, Kalashnikov ISTU

начальник отдела информатизации образовательных процессов управления информатизации

References

Tapia F., Le Tourneau D., Géminard J-C. (2016) Anisotropic friction: assessment off orcecomponents and resulting trajectories. EPJ Techniques and Instrumentation, 2016, vol. 3(1). DOI: 10.1140/epjti/s40485-016-0029-y

Pavlov V.V. (2005) [Theoretical foundations of the interaction of tracks with the ground when turning the machine]. Bulletin of the Moscow Automobile and Road Institute (State Technical University), 2005, no. 5, pp. 38-45 (in Russ.).

Павлов В. В. Теоретические основы взаимодействия гусениц с грунтом при повороте машины // Вестник Московского автомобильно-дорожного института (государственного технического университета). 2005. № 5. С. 38-45.

Тарасов В. В. Анизотропия трения. Ижевск : Институт прикладной механики, 1998. 54 с.

Суслов А. Г. Качество поверхностного слоя деталей машин. М. : Машиностроение, 2000. 320 с.

Справочник технолога-машиностроителя: в 2 т. 4-е изд., перераб. и доп. Т. 1 /под ред. А. Г. Косиловой, Р. К. Мещерякова. М. : Машиностроение, 1986. 656 с.

Теория пластических деформаций металлов / Е. П. Унксов, У. Джонсон, В. Л. Колмогоров [и др.] ; под ред. Е. П. Унксова, А. Г. Овчинникова. М. : Машиностроение, 1983. 598 с.

Покрас И. Б. Анализ контактного взаимодействия инструмента с заготовкой в процессах обработки металлов давлением // Кузнечно-штамповочное производство. 1987. № 4. С. 6-9.

Сегал В. М. Технологические задачи теории пластичности (методы исследования). Минск: Наука и техника, 1977. 256 с.

Тарасов В. В., Сивцев Н. С. Моделирование трения в технологических процессах обработки металлов. Ижевск: ИПМ УрО РАН, 2006. 166 с.

Cheng N., Ishigami G., Hawthorne S. (2010) Design and analysis of a soft mobile robot composed of multiple thermally activated joints driven by a single actuator. In 2010 IEEE International Conference on Robotics and Automation, ICRA 2010. May 3-8, 2010, Anchorage, Alaska, USA, pp. 5207-5212. DOI: 10.1109/robot.2010.5509247

Bafekrpour E., Dyskin A., Pasternak E. (2015) Internally architectured materials with directionally asymmetric friction. Scientific Reports, 2015, vol. 5, pp. 1-14. DOI: 10.1038/srep10732

Трояновская И. П., Жаков А. О. Модель неуправляемого сдвига на примере строительно-дорожной техники // Вестник СибАДИ. 2021. Т. 18, № 6 (82). С. 678-687. DOI: 10.26518/2071-7296-2021-18-6-678-687

Носков Н. К., Трояновская И. П., Титов С. А. Математическая модель силового взаимодействия колеса с грунтом при повороте машины // Вестник ЮУрГУ. Серия: Машиностроение. 2017. Т. 17, № 3. С. 5-15. DOI: 10.14529/engin17030

Опейко Ф. А. Математическая теория трения. Минск : Академия сельскохозйственных наук БССР, 1971. 149 с.

Северденко В. П. Теория обработки металлов давлением. Минск : Высшая школа, 1966. 223 с.

Костюк Е. В., Шевчук Н. А., Денисова М. В. Компьютерное моделирование процесса глубокой вытяжки оболочек из анизотропных материалов // Globus: Технические науки. 2022. Т. 8, № 2 (43). С. 14-24.

Ларин С. Н., Булычев В. А. Научно обоснованная технология обратного выдавливания изделий из анизотропных трубных заготовок // Наукоемкие технологии в машиностроении. 2019. № 10 (100) С. 12-18. DOI: https://doi.org/10.30987/article_5d6518cd53cfc8.73541778

Грязев М. В., Ларин С. Н., Пасынков А. А. Оценка влияния анизотропии материала на силу вытяжки с прижимом через радиальную матрицу // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2018. № 2. С. 244-248.

Дмитриев Н. Н. О движении осесимметричного твердого тела, опирающегося на горизонтальную площадку, в условиях ортотропного динамически согласованного трения // Прикладная математика и механика. 2022. Т 86, № 5. С. 666-684. DOI: 10.31857/S0032823522050083

Дмитриев Н. Н., Хан Х. Скольжение узкой прямоугольной пластины по горизонтальной плоскости с ассиметричным ортотропным трением при равномерном распрелелении давления // Прикладная математика и механика. 2020. Т. 84, № 6. С. 790-802. DOI: 10.31857/S0032823520060041

Плоскопараллельное движение робота-змеи при наличии анизотропного сухого трения и единственного управляющего сигнала / М. З. Досаев, Л. А. Климина, В. А. Самсонов, Ю. Д. Селютский // Известия Российской академии наук. Теория и системы управления. 2022. № 5. С. 152-161. DOI: 10.31857/S0002338822050067

Комбалов В. С. Влияние шероховатости твердых тел на трение и износ. M. : Наука, 1974. 112 с.

Маталин А. А. Технология механической обработки. Л. : Машиностроение (Ленингр. отд-е), 1977. 464 с.