DOI: https://doi.org/10.32515/2664-262X.2019.1(32).103-113

Stress-strain State of the Surface Layer of Parts During the Implementation of Tribotechnical Running-in and Recovery Technologies

Viktor Aulin, Serhiy Lysenko, Andriy Grinkiv, Volodymyr Yatsun, Ivan Skrynnik, Andriy Gupka

About the Authors

Viktor Aulin, Professor, Doctor in Technics (Doctor of Technics Sciences), Central Ukraіnian National Technical University, Kropyvnytskyi, Ukraine

Serhiy Lysenko, Associate Professor, PhD in Technics (Candidate of Technics Sciences), Central Ukraіnian National Technical University, Kropyvnytskyi, Ukraine

Andriy Grinkiv, PhD in Technics (Candidate of Technics Sciences), Senior Researcher, Central Ukraіnian National Technical University, Kropyvnytskyi, Ukraine

Volodymyr Yatsun, Associate Professor, PhD in Technics (Candidate of Technics Sciences), Central Ukraіnian National Technical University, Kropyvnytskyi, Ukraine

Ivan Skrynnik, Associate Professor, PhD in Technics (Candidate of Technics Sciences), Central Ukraіnian National Technical University, Kropyvnytskyi, Ukraine

Andriy Gupka, Associate Professor, PhD in Technics (Candidate of Technics Sciences), Ternopol National Technical University named after Ivan Puluy, Ternopol, Ukraine

Abstract

When solving the problem of increasing the wear resistance and reliability of machine systems and assemblies, an important factor is to take into account the stress-strain state of the working surface layer of parts. This state changes if the part is purposefully strengthened during coating or when the operating modes of the tribological conjugations of the parts are changed. In this work, the tribotechnologies of running-in and recovery are taken as modifying actions and the concept of a dynamic approach to changing stress and strain fields is developed. An attempt is made to simulate a stress-strain layer of a part during operation. From a theoretical point of view, the influence of tribological technologies of running-in and recovery on the formation of the stress-strain state of the surface layers of the conjugate parts of systems and assemblies of vehicles is considered. It was determined that the vast majority of their tribological conjugations work under conditions of plastic saturated or unsaturated contacts. The modified surface layer formed by the implementation of tribological technologies of running-in and recovery of mating parts was considered as structural-orthotropic shells. Given the system of acting forces and moments of forces, it is shown that they satisfy the equilibrium equations characteristic of thin homogeneous shells. The stress and strain components of the surface layer obtained in accordance with the generalized Hooke law, taking into account the Kirchhoff-Lave hypothesis. These expressions can be used to assess the stress-strain state of the mating surfaces of parts when they are modified or exposed during the implementation of tribological technologies of running-in and recovery to increase their resource. It should be noted that in the formulas the average values of the value characterizing the stress-strain state of the material of the part are used.

Keywords

stress-strain state, tribotechnical running-in, tribotechnical recovery, modeling, surface layer, stress

Full Text:

PDF

References

1. Zamota, T.N., Aulin, V.V. (2015). Upravlenie protsessami prirabotki osnovnyih sopryazheniy detaley mashin pri izgotovlenii i remonte: Monografiya [Management of the running-in processes of the main interfaces of machine parts in the manufacture and repair: Monograph]. Kirovograd: izd. Lyisenko V.F. [in Russian].

2. Aulin, V.V. at all. (2016). Trybofizychni osnovy pidvyshchennia nadiinosti mobilnoi silskohospodarskoi ta avtotransportnoi tekhniky tekhnolohiiamy trybotekhnichnoho vidnovlennia: monohrafiia [Tribophysical fundamentals of increasing the reliability of mobile agricultural and motor vehicles with tribotechnical recovery technologies: monograph]. Kropyvnytskyi: Lysenko V.F. [in Ukrainian].

3. Aulin, V.V., Kuzyk, O.V. (2013). Zmina stanu zon tertia detalei mashyn ta dynamichne trybomaterialoznavstvo yikh poverkhnevykh shariv [Changing the state of friction zones of machine parts and the dynamic tribomateriality of their surface layers]. Zbirnyk naukovykh prats Kirovohradskoho natsionalnoho tekhnichnoho universytetu. Tekhnika v silskohospodarskomu vyrobnytstvi, haluzeve mashynobuduvannia, avtomatyzatsiia – Collection of scientific works of Kirovohrad National Technical University. Engineering in agricultural production, industry engineering, automation. Issue 26, 32-40 [in Ukrainian].

4. Aulin, V.V., Lysenko, S.V., Zamota, T.M. (2017) Zmenshennia mekhanichnykh vtrat v osnovnykh spriazhenniakh detalei dyzeliv MSHT i ATT trybotekhnolohiiamy vidnovlennia [Reduction of mechanical losses in the main conjugations of the details of the MSCM and MV diesels with tribotechnology of restoration]. Naukovyi visnyk Natsionalnoho universytetu bioresursiv i pryrodokorystuvannia Ukrainy. Ser.: Tekhnika ta enerhetyka APK – Scientific Bulletin of the National University of Life and Environmental Sciences of Ukraine. Ser.: APC Engineering and Energy, Issue 262, 211-227 [in Ukrainian].

5. Aulin, V.V. at al. (2017). Tribologicheskie perehody pri prirabotke poverhnostej treniya sopryazhenij detalej [Tribological transitions in the fitting of friction surfaces of joints of parts]. Problemy trybolohii - Problems of tribology, № 4, 87-96 [in Russian].

6. Aulin, V.V., Lysenko, S.V., Kuzyk, O.V., Zhylova, I.V. (2017). Fizyko-mezomekhanichnyi pidkhid do vyiavlennia kharakteru znoshuvannia spriazhen detalei silskohospodarskoi i avtotransportnoi tekhniky [Physico-mesomechanical approach to detecting the nature of the wear of the coupling of agricultural and motor vehicle parts]. Problemy trybolohii - Problems of tribology, № 4, 82-86 [in Ukrainian].

7. Aulin, V.V. et al. Mozhlyvosti tekhnolohii trybotekhnichnoho vidnovlennia dlia pidvyshchennia znosostiikosti i dovhovichnosti spriazhen detalei transportnykh zasobiv [Possibilities of tribotechnical restoration technologies to improve the durability and durability of the conjugations of vehicle parts]. Suchasni tekhnolohii v mashynobuduvanni ta transporti: naukovyi zhurnal – Modern technologies in mechanical engineering and transport: scientific journal, №1(10), 5-11 [in Ukrainian].

8. Aulin, V.V., Solovyh, E.K., Lysenko, S.V., Kuzyk, A.V. (2009). Perspektivy razvitiya tribotehnologij povysheniya dolgovechnosti detalej dizelej mobilnoj tehniki [Prospects for the development of tribotechnologies for increasing the durability of diesel engine parts of mobile equipment]. Materialy Mezhdunar. nauch.-prakt. konf., posvyashennoj 100-letiyu so dnya rozhdeniya professora Vadivasova D.G. – Materials Intern. scientific-practical Conf., dedicated to the 100th anniversary of Professor Vadivasov D.G., (pp.10-16) Saratov: SGAU [in Russian].

9. Aulin, V.V., Lysenko, S.V. (2014). Fizyko-tekhnolohichni zasady pidvyshchennia nadiinosti trybosystem dyzeliv mobilnoi silskohospodarskoi tekhniky [Physico-technological principles of increasing the reliability of tribosystems of diesels of mobile agricultural machinery]. Visnyk ZhNAEU: naukovo-teoretychnyi zbirnyk - ZhNAEU Bulletin: scientific and theoretical collection, issue. № 2(45), T. 4, part II. 56-68 [in Ukrainian].

10. Aulin, V.V., Zamota, T.N., Lysenko, S.V. (2016). Povyshenie ekspluatacionnoy iznosostoykosti detaley mashin ih tribotehnicheskim vosstanovleniem i upravleniem processami prirabotki [Improving the operational wear resistance of machine parts by their tribotechnical restoration and management of running-in processes]. MOTROL. Commission of Motorization and Energetics in Agriculture, Vol.18, No.2, 89-96 [in Russian].

11. Goryacheva, I.G. (2001). Mehanika frikcionnogo vzaimodeystviya [Friction Mechanics]. Moskow: Nauka [in Russian].

12. Aulin, V.V., Zamota, T.N. (2012). Razvitie ploschadi pyatna kontakta pri makroprirabotke poverhnostey treniya [The development of the area of the contact spot during macroprocessing of friction surfaces]. Problemi tribologії – Problems of tribology, №1, 9-13 [in Russian].

13. Voronin, N.A. (1994). Inzhenernyy metod resheniya kontaktnoy zadachi o vzaimodeystvii cilindricheskogo shtampa s uprugim dvuhsloynym poluprostranstvom [An engineering method for solving the contact problem of the interaction of a cylindrical stamp with an elastic two-layer half-space]. Trenie i iznos – Friction and wear, V.14, No.5, 754-763 [in Russian].

14. Aulin, V.V., Zamota, T.N., Lysenko, S.V. (2017). Povyshenie dolgovechnosti mobil'noy sel'skohozyaystvennoy i avtotransportnoy tehniki tribotehnologiyami prirabotki osnovnyh sopryazheniy detaley dvigateley [Improving the longevity of mobile agricultural and motor vehicles with tribotechnologies of running-in of the main interfaces of engine parts]. Tekhnichnyi servis ahropromyslovoho, lisovoho ta transportnoho kompleksiv – Technical service of agro-industrial, forestry and transport complexes, №8, 55-68 [in Russian].

15. Aulin, V.V., Lysenko S.V., Bilyk A.P. (2014). Trybofizychne ta fizyko-tekhnolohichne obgruntuvannia kombinovanoho funktsionalno-spriamovanoho zmitsnennia ta modyfikuvannia detalei i robochykh orhaniv SHT [Tribophysical and physico-technological substantiation of combined functionally directed strengthening and modification of parts and working bodies of the SGT]. Konstruiuvannia, vyrobnytstvo ta ekspluatatsiia silskohospodarskykh mashyn: Zahalnoderzhavnyi mizhvidomchyi naukovo-tekhnichnyi zbirnyk – Design, production and operation of agricultural machines: National interagency scientific and technical collection, Vol. 44, 92-103 [in Ukrainian].

16. Aulin, V.V. (2014). Fizychni osnovy protsesiv i staniv samoorhanizatsii v trybotekhnichnykh systemakh: monohrafiia [Physical bases of processes and states of self-organization in tribotechnical systems: monograph]. Kirovohrad: Vyd. Lysenko V.F. [in Ukrainian].

17. Aulin, V.V., Lysenko, S.V., Velykodnyi, D.O., Hupka, A.B. (2017). Masshtabno-rivnevyi pidkhid do analizu protsesiv v materialakh trybospriazhen detalei mobilnoi silskohospodarskoi ta avtotransportnoi tekhniky [A scale-level approach to the analysis of processes in tribal materials of details of mobile agricultural and motor vehicles] Zahalnoderzhavnyi mizhvidomchyi naukovo-tekhnichnyi zbirnyk. Konstruiuvannia, vyrobnytstvo ta ekspluatatsiia silskohospodarskykh mashyn – National interagency scientific and technical collection. Design, production and operation of agricultural machines, Issue 47, Part II, 52-59 [in Ukrainian].

18. Timoshenko, S.P., Gud'er Dzh. (1979). Teoriya uprugosti [Theory of elasticity]. Moscow: Science. The main edition of the physical and mathematical literature [in Russian].

19. Birger, I.A. et al. (1993). Raschet na prochnost' detaley mashin: Spravochnik [The calculation of the strength of machine parts: Reference]. M.: Mashinostroenie [in Russian].

20. Aulin, V.V. (2014). Trybofizychni osnovy pidvyshchennia znosostiikosti detalei ta robochykh orhaniv silskohospodarskoi tekhniky [Tribophysical bases of increase of wear resistance of details and working bodies of agricultural machinery]. Doctor's thesis. Kirovograde [in Ukrainian].

21. Dzhus, R.M., Pryimakov, O.H., Pryimakov, H.O. (2007). Modeliuvannia protsesiv vidnovlennia tribospoluchen viiskovoi tekhniky zastosuvanniam revitalizantiv [Modeling of the process of restoration of military equipment tribulations by the use of revitalizers]. Systemy obrobky informatsii – Information processing systems, Issue 2, 16-19 [in Ukrainian].

GOST Style Citations

  1. Замота Т.Н., Аулин В.В. Управление процессами приработки основных сопряжений деталей машин при изготовлении и ремонте: Монография. Кировоград: изд. Лысенко В.Ф. 2015. 303 с.
  2. Трибофізичні основи підвищення надійності мобільної сільськогосподарської та автотранспортної техніки технологіями триботехнічного відновлення: монографія / Аулін В.В. та ін.; за ред. В.В. Ауліна. Кропивницький: Лисенко В. Ф. 2016. 303 с.
  3. Аулін В.В., Кузик О.В. Зміна стану зон тертя деталей машин та динамічне трибоматеріалознавство їх поверхневих шарів. Збірник наукових праць Кіровоградського національного технічного університету. Техніка в сільськогосподарському виробництві, галузеве машинобудування, автоматизація. 2013. Вип. 26. С.32-40.
  4. Аулін В.В., Лисенко С.В., Замота Т.М. Зменшення механічних втрат в основних спряженнях деталей дизелів МСГТ і АТТ триботехнологіями відновлення. Науковий вісник Національного університету біоресурсів і природокористування України. Сер.: Техніка та енергетика АПК. 2017. Вип.262. С.211-227.
  5. Трибологические переходы при приработке поверхностей трения сопряжений деталей / Аулин В.В. и др. Проблеми трибології. 2017. № 4. С. 87-96.
  6. Фізико-мезомеханічний підхід до виявлення характеру зношування спряжень деталей сільськогосподарської і автотранспортної техніки / Аулін В.В., Лисенко С.В., Кузик О.В., Жилова І.В. Проблеми трибології.. 2017. № 4. С. 82-86.
  7. Можливості технологій триботехнічного відновлення для підвищення зносостійкості і довговічності спряжень деталей транспортних засобів / Аулін В.В. та ін. Сучасні технології в машинобудуванні та транспорті: науковий журнал. 2018. №1(10). С. 5-11.
  8. Перспективы развития триботехнологий повышения долговечности деталей дизелей мобильной техники / Аулин В.В., Соловых Е.К., Лысенко С.В., Кузык А.В. Материалы Междунар. науч.-практ. конф., посвященной 100-летию со дня рождения профессора Вадивасова Д.Г. Саратов: СГАУ. 2009. С.10-16.
  9. Аулін В.В., Лисенко С.В. Фізико-технологічні засади підвищення надійності трибосистем дизелів мобільної сільськогосподарської техніки. Вісник ЖНАЕУ: науково-теоретичний збірник. 2014. вип. № 2 (45), т.4, ч.ІІ. С. 56-68.
  10. Аулин В.В., Замота Т.Н., Лысенко С.В. Повышение эксплуатационной износостойкости деталей машин их триботехническим восстановлением и управлением процессами приработки. MOTROL. Commission of Motorization and Energetics in Agriculture. 2016. Vol.18. No.2. P. 89-96.
  11. Горячева И.Г. Механика фрикционного взаимодействия / отв. ред. А.Ю. Ишлинский. Москва: Наука. 2001. 478 с.
  12. Аулин В.В., Замота Т.Н. Развитие площади пятна контакта при макроприработке поверхностей трения. Проблеми трибології. 2012. №1. С.9-13.
  13. Воронин Н.А. Инженерный метод решения контактной задачи о взаимодействии цилиндрического штампа с упругим двухслойным полупространством. Трение и износ. 1994. Т.14, № 5. С. 754-763.
  14. Аулин В.В. Замота Т.Н., Лысенко С.В. Повышение долговечности мобильной сельскохозяйственной и автотранспортной техники триботехнологиями приработки основных сопряжений деталей двигателей. Технічний сервіс агропромислового, лісового та транспортного комплексів. 2017. №8. С. 55-68.
  15. Аулін, В.В., Лисенко С.В., Білик А.П. Трибофізичне та фізико-технологічне обґрунтування комбінованого функціонально-спрямованого зміцнення та модифікування деталей і робочих органів СГТ. Конструювання, виробництво та експлуатація сільськогосподарських машин: Загальнодержавний міжвідомчий науково-технічний збірник. 2014. Вип. 44. С. 92-103.
  16. Аулін В.В. Фізичні основи процесів і станів самоорганізації в триботехнічних системах: монографія. Кіровоград: Вид. Лисенко В.Ф. 2014. 370 с.
  17. Масштабно-рівневий підхід до аналізу процесів в матеріалах трибоспряжень деталей мобільної сільськогосподарської та автотранспортної техніки / Аулін В.В., Лисенко С.В., Великодний Д.О., Гупка А.Б. Загальнодержавний міжвідомчий науково-технічний збірник. Конструювання, виробництво та експлуатація сільськогосподарських машин. 2017. Вип.47, ч.І. С.52-59.
  18. Тимошенко С.П., Гудьер Дж. Теория упругости: пер. с англ. / под ред. Г.С. Шапиро 2-е изд., Москва: Наука. Главная редакция физико-математической литературы, 1979. 560 с.
  19. Расчет на прочность деталей машин: Справочник / Биргер И.А. и др. – 4-е изд., перераб. и доп., Москва: Машиностроение. 1993. 640 с.
  20. Аулін В. В. Трибофізичні основи підвищення зносостійкості деталей та робочих органів сільськогосподарської техніки: дис. д-ра. техн. наук : 05.02.04 / КНТУ. Кіровоград, 2014. 447 с.
  21. Джус Р.М., Приймаков О.Г., Приймаков Г.О. Моделювання процесів відновлення трібосполучень військової техніки застосуванням ревіталізантів. Системи обробки інформації. 2007. Вип.2. С. 16-19.
Copyright (c) 2019 Viktor Aulin, Serhiy Lysenko, Andriy Grinkiv, Volodymyr Yatsun, Ivan Skrynnik, Andriy Gupka