Главная » 2013 » Ноябрь » 22 » Скачать Численное решение прямых и обратных задач теплообмена в цилиндрических и сферических сопряжениях. Кондаков, Айсен Алексеевич бесплатно
15:29
Скачать Численное решение прямых и обратных задач теплообмена в цилиндрических и сферических сопряжениях. Кондаков, Айсен Алексеевич бесплатно
Численное решение прямых и обратных задач теплообмена в цилиндрических и сферических сопряжениях
Диссертация
Автор: Кондаков, Айсен Алексеевич
Название: Численное решение прямых и обратных задач теплообмена в цилиндрических и сферических сопряжениях
Справка: Кондаков, Айсен Алексеевич. Численное решение прямых и обратных задач теплообмена в цилиндрических и сферических сопряжениях : диссертация кандидата физико-математических наук : 05.13.18 Якутск, 2005 126 c. : 61 06-1/98
Объем: 126 стр.
Информация: Якутск, 2005
Содержание:
: »•• стр
Глава
I ПРЯМЫЕ И ОБРАТНЫЕ ЗАДАЧИ ТЕПЛООБМЕНА
11 Математическое моделирование тепловых процессовв подвижных сопряжениях
12 Деление задач теплообмена на прямые и обратныеКлассификация обратных задач
13 Задача восстановления мощности трения какобратная задача теплопроводности
14 Методы решения обратных задач 24Выводы к главе I
Глава
II ТЕПЛОВАЯ ДИАГНОСТИКА ТРЕНИЯ В ЦИЛИНДРИЧЕСКИХСОПРЯЖЕНИЯХ
21 Определение нестационарного температурного поля в подшипникескольжения с учетом зависимости теплофизических свойств оттемпературы
22 Алгоритм решения граничной обратной задачиметодом итерационной регуляризации
23 Устойчивость алгоритма восстановления функции интенсивноститепловыделения к погрешностям в температурных данных 49Выводы к главе П 58'% Глава
III МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕПЛОВОГО ПРОЦЕССАИ ВОССТАНОВЛЕНИЕ ПО ЗАМЕРАМ ТЕМПЕРАТУРЫФУНКЦИИ ТЕПЛОВЫДЕЛЕНИЯВ ШАРОВЫХ ОПОРАХ
31 Постановка задачи определения нестационарноготемпературного поля в шаровой опоре
32 Численный алгоритм решения прямой задачи
33 Алгоритм определения функции интенсивности тепловыделенияметодом итерационной регуляризации
34 Решение модельной граничной обратной задачи 72Выводы к главе III
Глава
IV ТЕПЛОВАЯ ДИАГНОСТИКА ТРЕНИЯ ПРИ НАТУРНЫХИСПЫТАНИЯХ УЗЛОВ ТРЕНИЯ
41 Квазитрехмерная математическая тепловая модельдля подшипника скольжения
42 Определение функций тепловыделения с использованиемквазитрехмерной математической модели
43 Экспериментальная проверка эффективности восстановления моментасилы трения в подшипнике скольжения
44 Восстановление мощности трения в шаровой опоре автомобиля 107Выводы к главе IV
Введение:
Практика эксплуатации различного рода машин и механизмов в суровых климатических условиях Крайнего Севера показывает, что их работоспособность значительно снижается под воздействием низких температур и резких температурных перепадов. При этом значительная часть неисправностейтехники связана с низкой надежностью триботехнических систем, в том числе опор скольжения. Анализ надежности трибосопряжений показывает, чтоосновной причиной в данном случае является резкое повышение вязкости, азачастую и застывание применяемых смазочных масел и спецжидкостей, врезультате чего значительно повышается мощность трения, износ сопрягаемых деталей. Все это приводит к преждевременному выходу из строя машини механизмов.В Институте неметаллических материалов СО РАН ведутся работы пореализации комплексного подхода по созданию триботехнических систем,работоспособных в условиях холодного климата, включающего такие наиболее важные аспекты как материаловедческий, конструкторский, технологический, расчетный и испытательный [107-111,118-120].Проектирование узлов трения, обеспечивающее их работоспособностьи надежность, во многом определяется научно обоснованным выбором триботехнических параметров пар трения. Обоснованный выбор триботехнических параметров и достоверное прогнозирование их изменения при различных эксплуатационных режимах наиболее эффективно реализуются при рациональном сочетании теоретических и экспериментальных работ. Математическое моделирование процессов трения позволяет решить круг задач, связанных с выбором наиболее работоспособного материала, с прогнозированием долговечности узлов трения, с изучением механизмов и причин возникновения критических состояний, с выбором рациональных конструктивных ре. шений и параметров, обеспечивающих работоспособность в широком диапазоне режимов. Значительный вклад в этой области внесли отечественные4ученые: Крагельский И.В. [62,63], Чичинадзе А.В. [112-114], Буше Н.А.[37,113], Белый В.А.[27], Ворович И.И. [41], Александров В.М. [4], Евдокимов Ю.А. [48], Коровчинский М.В.[57], Гаркунов Д.Н. [42], Коваленко Е.В.[3], Горячева И.Г.[46], Балакин В.А. [26,117], Михин Н.М.[70], КостецкийБ.И. [59-61], Черский И.Н: [30,107], Богатин О.Б. [30-33,118-120], Мышкин Н.К. [73], Петроковец М.И. [73], Богданович П.Щ34] и другие.Одним из наиболее важных триботехнических параметров в опорахскольжения является мощность трения, характеризующая затраты механической энергии на трение. Сравнительным анализом значений мощности трения возможно определение наиболее работоспособных материалов для партрения, подбор наиболее оптимальных конструктивных параметров дляобеспечения их надежной работы. В то же время непосредственный замермощности трения весьма затруднен. Это связано со сложностью, а иногда невозможностью размещения громоздких торсионных приборов замера мощности трения в стендовых установках. Данная проблема еще более усугубляетсяпри необходимости определения мощности трения в эксплуатируемой технике.Задача восстановления мощности трения относится к классу так называемых обратных задач теплообмена. Выданной задаче необходимо по следствию, т.е. по температурным данным восстановить причинную характеристику - мощность трения. Особенностью обратных задач является их некорректность, т.е. неустойчивость к малым погрешностям в исходных данных,что требует привлечения специальных методов решения.Отечественные ученые: Тихонов А.Н.[ 104,105], Лавреньтьев М.М. [64],Иванов В.К.[51], Марчук Г.Щ66], Романов В.Г.[81], Алифанов О.М. [5-22],Коздоба Л.А. [54], Клибанов М.В.[51-53], Гончарский А.В. [45], ТананаВ.Щ102], Бухгейм А.Л.Г36], Прилепко А.И. [79], Аниконов Ю.Е.[23], Васильев Ф.П. [40], Темкин А.Г. [103], Мацевитый Ю.М. [67,68], Самарский А.А., Вабищевич П.Н. [84,85,16,38], и др. внесли большой вклад в развитие методов решения обратных задачи и их практическое применение в та5ких областях как авиационная и ракетно-космическая, в энергетике, металлургии, геофизике, материаловедении и т.д. В нашей Республике Саха (Якутия) в задачах фильтрации, течения грунтовых вод, идентификации теплофизических характеристик грунта, добычи, транспортировки нефти и газа применяют методы решения обратных задач Васильев В.И. [39], Бондарев Э.А.[25], Павлов А.Р. [74], Пермяков П.П.[77,78], Павлов Н.Н. [75], Тихонова О.А.[ 106]. В то же время применение обратных задач в трибологии покавесьма ограничено. Имеются единицы работ по трибологии, в которых применяются методы обратных задач. Например, в работе [29] функция интенсивности линейного изнашивания в подшипниках скольжения идентифицируется по замерам смещения вала. Также стоит отметить, что сдерживающимфактором в практическом применении обратных задач до конца XX века было ограничение вычислительных возможностей компьютерной техники. Внастоящее же время современные персональные ЭВМ позволяют решать обратные задачи в многомерных постановках, что влечет за собой более широкое практическое применение обратных задач.Разработанный и теоретически обоснованный в Институте неметаллических материалов СО РАН метод тепловой диагностики трения позволяетидентифицировать мощность трения по температурным данным [87-100,118120,123-126]. Данный метод основан на допущении, согласно которому практически вся энергия, затрачиваемая на трение, трансформируется в тепло (от93% для мягких алюминиевых сплавов, практически до 100% для закаленнойстали) [60,61]. Суть метода заключается в том, что при проведении испытаний узлов трения на стендовой установке или непосредственно на эксплуатируемой технике, на известном расстоянии от зоны трения устанавливаютсятермодатчики (термопары), регистрирующие температуру в окрестности зоны трения. Далее решением граничной обратной задачи теплообмена производится восстановление фрикционного тепловыделения и соответственнозначения мощности трения. А так как производить замер температуры в узлах трения гораздо проще, чем устанавливать в них громоздкие механичебские торсионные приборы непосредственного замера мощности трения, тополучение информации о затратах на трение становится более простой задачей. Таким образом, метод тепловой диагностики узлов трения может широко применяться при проектировании узлов трения, при оценке техническогосостояния узлов трения машин и механизмов, а также для повышения информативности при испытаниях узлов трения, как на стендовых испытательных установках, так и на эксплуатируемой технике.Кроме того, существующие стенды для натурных испытаний сферических сопряжений (шаровой опоры) не позволяют получать данные об изменении мощности трения в процессе его эксплуатации, что существенно снижает информативность проведения испытаний. Поэтому актуальной являетсяразработка метода тепловой диагностики трения для одних из наиболее распространенных в технике сопряжений - сферических.В данной работе рассматривается развитие метода тепловой диагностики трения на случай нелинейной постановки задачи для цилиндрическихсопряжений, а также впервые поставлена и решена задача тепловой диагностики трения для сферических сопряжений.Как будет показано ниже, нелинейность математической модели существенно повышает точность восстановления функции мощности трения. Раз7работанные модели в цилиндрических и сферических координатах и разработанное на их основе программное обеспечение позволяет выполнять расчетывосстановления мощности трения для различных узлов трения. В частности,в работе приводятся расчеты мощности трения для подшипника скольженияи шаровой опоры автомобиля. В работе рассматриваются опоры скольжения"сухого" трения. Однако разработанный метод тепловой диагностики тренияможет применяться для восстановления мощности трения и при граничномтрении.Цель работы. Разработка численных алгоритмов решения нелинейныхпрямых и граничных обратных задач теплообмена в цилиндрических и сферических сопряжениях для восстановления функции фрикционного тепловыделения и соответственно мощности трения по температурным данным.Для достижения цели поставлены следующие задачи:- Разработка эффективного алгоритма решения граничной обратной задачи по восстановлению мощности фрикционного тепловыделения и соответственно момента силы трения в цилиндрических сопряжениях по температурным данным с учетом зависимости теплофизических свойств от температуры, его реализация в виде программы для проверки эффективности нелинейной тепловой диагностики трения;- Математическое моделирование теплового процесса и разработка алгоритма восстановления мощности фрикционного тепловыделения в сферических сопряжениях по температурным данным и его численная реализациядля проведения вычислительных и натурных экспериментов;- Экспериментальная проверка эффективности нелинейной тепловойдиагностики трения в цилиндрических сопряжениях и восстановление мощности фрикционного тепловыделения в шаровой опоре автомобиля с помощью разработанного метода нелинейной тепловой диагностики трения в сферических сопряжениях.Работа выполнена в рамках научно-исследовательской темы 2.3.3.«Разработка методов расчета триботехнических параметров для систем опор8. скольжения из полимерных композиционных материалов», 2002-2004 гг.,№ гос. регистрации 01.200. 200045 и при финансовой поддержке гранта Президента РС(Я) для молодых ученых и специалистов на 2004 г.Работа состоит из введения, четырех глав и заключения, изложена на127 страницах, содержит 28 рисунков и списка использованной литературы,включающего 126 наименований.Основные результаты диссертационной работы опубликованы в работах [55,56,93,94,95,97,98,125].9
