Дослідження теплового та напруженого станів в трибологічних системах та опромінюваних двошарових пластинах з покриттям

R. F. Terlets’kyi, O. B. Humenchuk

Анотація


Для трибологічної системи, що складається з рухомого од­но­рідного тіла під дією притискувального навантаження та нерухомого тіла з по­криттям, яка моделюється тришаровою пластиною в умовах конвективно-променевого те­плообміну, отримано узагальнені умови теплообміну через тонкий про­між­ний шар за сухого тертя. З використанням цих умов та наближених співвідношень для визначення напру­жень в основних шарах досліджено те­пло­вий і напруже­ний стани дво­ша­ро­вої пластини за ускладнених те­пло­вих контак­т­них умов. Виконано порівняння отри­маних розв’язків нелінійної задачі теплоперенесення для опромінюваної не­прозорої двошарової пластини та задачі, сформульованої за наближеного підходу, в якому викорис­то­ву­єть­ся уза­гальнена гранична умова при дослідженні теп­лового стану такої плас­ти­ни з покриттям. Наведено оцінки застосовності наближеного підходу при ви­зна­ченні температури та напружень.

 

Зразок для цитування: Р. Ф. Терлецький, О. Б. Гуменчук, “Дослідження теплового та напруженого станів в трибологічних системах та опромінюваних двошарових пластинах з покриттям”, Мат. методи та фіз.-мех. поля, 67, №3-4, 142-154 (2024), https://doi.org/10.15407/mmpmf2024.67.3-4.142-154


Ключові слова


трибологічна система, конвективно-променевий теплообмін, три- та двошарова пластини, узагальнені контактна та гранична умови, тепловий та напружений стани

Посилання


A. P. Amosov, “Elementary thermophysical models of friction,” Izvest. Samarsk. Nauchn. Tsentra RAN, No. 4 (3), 656–662 (2011) (in Russian).

V. Boichuk, M. Brukhal’, O. Humenchuk, A. Marynovych, R. Terletskii, O. Turii, “Modeling in the problems of the development of manufacturing processes of heat transfer and the stress state in laminated plates with thin interlayers taking into account absorption and radiation of heat energy” (in Russian), in M. Gajek, O. Hachkevych, A. Stanik-Besler (eds.), Manufacturing Processes. Actual Problems, Vol. 2: Modelling and Optimization of Manufacturing Processes, Oficyna Wydawnicza Politechniki Opolskiej, Opole (2014), Chapter 13, pp. 213–226.

M. Gajek, Yu. Nemirovskii, R. Terletskii, O. Turii, Yu. Shymchak, “Modeling of the thermomechanical behavior of plates consisting of layers of different transparency during technological thermal irradiation” (in Russian), in M. Gajek, O. Hachkevych, A. Stanik-Besler (eds.), Manufacturing Processes. Actual Problems, Modelling and Optimization of Manufacturing Processes, Vol. 2, Studia i monografie, Oficyna Wydawnicza Politechniki Opolskiej, Opole (2014), pp. 197–212.

O. R. Hachkevych, R. M. Kushnir, R. F. Terletskii, “Mathematical problems of thermomechanics for deformable bodies subjected to thermal irradiation,” Ukr. Mat. Zh., 73, No. 10, 1317–1329 (2021) (in Ukrainian), https://doi.org/10.37863/umzh.v73i10.6787; English translation: Ukr. Math. J., 73, No. 10, 1522–1536 (2022), https://doi.org/10.1007/s11253-022-02011-7

A. E. Sheindlin (ed.), Radiative Properties of Solid Materials: Reference Book [in Russian], Energiya, Moscow (1974).

R. M. Martynyak, R. M. Shvets’, “Conditions of thermal contact of bodies through thin interlayers inhomogeneous in thickness,” Dop. Nats. Akad. Nauk Ukr., No. 9, 74–76 (1996) (in Ukrainian).

S. B. Maslenkov, E. A. Maslenkova, Steels and Alloys for High Temperatures, Reference Book [in Russian], Vol. 1, Metallurgiya, Moscow (1991).

W. Nowacki, Teoria Spręźystości, PWN, Warszawa (1970).

R. F. Terlets’kyi, O. P. Turii, “Modeling and investigation of heat transfer in plates with thin coatings with regard for the influence of radiation,” Mat. Met. Fiz.-Mekh. Polya, 55, No. 2, 186–201 (2012) (in Ukrainian); English translation: J. Math. Sci., 192, No. 6, 703–722 (2013), https://doi. org/10.1007/s10958-013-1427-1

R. F. Terlets’kyi, O. P. Turii, “Thermomechanical behavior of a plate composed of layers with different transparencies under the action of thermal radiation,” Fiz.-Khim. Mekh. Mater., 43, No. 6, 17–26 (2007) (in Ukrainian); English translation: Mater. Sci., 43, No. 6, 769–779 (2007), https://doi. org/10.1007/s11003-008-9021-2

O. P. Turii, “Nonlinear contact boundary value-problem of thermomechanics for an irradiated two-layer plate connected by an intermediate layer,” Fiz.-Mat. Model. Inform. Tekh., Issue 9, 118–132 (2009) (in Ukrainian).

O. Hachkevych, R. Terlets’kyi, O. Gumenchuk, “Heat and stress state of coated bo-dies under dry friction taking into account radiation heat exchange,” in A. N. Guz, H. Altenbach, V. Bogdanov, V. M. Nazarenko (eds.), Advances in Mechanics: Current Research Results of the NAS of Ukraine, Advanced Structured Materials, Vol. 191, Springer Nature, Cham (2023), pp. 171–183, https://doi.org/10.1007/978-3-031-37313-8_10

O. Hachkevych, R. Terlets’kyi, O. Turii, “The formulation and development of methods of solving thermomechanics problems for irradiated layered solids,” Math. Model. Comput., 4, No. 1, 21–36 (2017), https://doi.org/10.23939/mmc2017.01.021

D. Josell, J. E. Bonevich, T. M. Nguyen, R. N. Johnson, “Heat transfer through nanoscale multilayered thermal barrier coatings at elevated temperatures,” Surf. Coat. Technol., 275, 75–83 (2015), https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2015.05.036

J. Kim, C. Jang, T.-H. Song, “Combined heat transfer in multi-layered radiation shields for vacuum insulation panels: Theoretical/numerical analyses and experiment,” Appl. Energy, 94, 295–302 (2012), https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2012.01.072

V. A. Kukareko, A. V. Byeli, M. A. Belotserkovskii, A. N. Grigorchik, “Effect of ion-beam nitriding on structure, phase state, and tribological behavior of efficient thermal spray coatings deposited from various classes of rod steels,” J. Frict. Wear, 34, No. 6, 475–480 (2013), https://doi.org/10.3103/S1068366613060093

M. F. Modest, Radiative Heat Transfer, Acad. Press, San Diego (2003).

F. Montero-Chacón, S. Zaghi, R. Rossi, E. García-Pérez, I. Heras-Pérez, X. Martínez, S. Oller, M. Doblaré, “Multiscale thermo-mechanical analysis of multi-layered coatings in solar thermal applications,” Finite Elem. Anal. Des., 127, 31–43 (2017), https://doi.org/10.1016/j.finel.2016.12.006

V. A. Shevchuk, “Generalized boundary conditions to solving thermal stress prob-lems for bodies with thin coatings,” in R. B. Hetnarski (ed.), Encyclopedia of Thermal Stresses, Vol. 4, Springer, Dordrecht (2014), pp. 1942–1953, https://doi.org/10.1007/978-94-007-2739-7_601

V. Shevchuk, “Nonstationary thermoelastic problem for a multilayer coating/half-space assembly at radiative and convective loading,” in A. N. Guz, H. Altenbach, V. Bogdanov, V. M. Nazarenko (eds.), Advances in Mechanics: Current Research Results of the NAS of Ukraine, Advanced Structured Materials, Vol. 191, Springer Nature, Cham (2023), pp. 487–501, https://doi.org/10.1007/978-3-031-37313-8_27

R. Siegel, J. R. Howell, Thermal Radiation Heat Transfer, McGraw Hill, New York (1972).

C. Subramanian, K. N. Strafford, “Review of multicomponent and multilayer coa-tings for tribological applications,” Wear, 165, No. 1, 85–95 (1993), https://doi.org/10.1016/0043-1648(93)90376-W

P.-Y. Wang, H.-P. Tan, L.-H. Liu, T. W. Tongs, “Coupled radiation and conduction in a scattering composite layer with coatings,” AIAA J. Thermophys. Heat Transfer, 14, No. 4, 512–522 (2000), https://doi.org/10.2514/2.6574

W. Yuan, N. Yu, L. Li, Y. Fang, “Heat transfer analysis in multi-layered materials with interfacial thermal resistance,” Compos. Struct., 293, Article 115728 (2022), https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2022.115728


Посилання

  • Поки немає зовнішніх посилань.


Creative Commons License
Ця робота ліцензована Creative Commons Attribution 3.0 License.