2) Процесс трения является до сих пор не до конца изученным. Одной из принципиальных трудностей является тот факт, что как правило, образцы анализируются уже после трения, а не в процессе. Поэтому желательно уметь снимать какую-то информацию в динамике. Один из таких способов – регистрация акустических колебаний. Известно, что АК играют важную роль в процессе трения, например могут влиять на износ материала и значение коэффициента трения. Целью данной работы является исследование частотно-временной анализ упругих волн, генерируемых в модельной паре трения, чтобы ответить на вопрос, как по характеристикам упругих волн понять, что происходит в зоне трения. Вначале доклада будет приведена схема модельной пары трения, затем будут продемонстрированы собственные частоты системы и в заключение будет проведен анализ полученных сигналов.

3) Как известно, область реального контакта при трении составляет несколько процентов от номинальной площади взаимодействующих тел. В данной работе рассматривается часть пятна реального контакта. Это дает основание использовать по горизонтальной оси периодические ГУ и упростить задачу моделирования.

4) На данном слайде приведена схема модельной пары трения. Два трущихся блока состоят из области I – моделируемой методом подвижных клеточных автоматов и области II – моделируемой сеточным методом континуальной механики. Красным кружком обозначен датчик для регистрации упругих волн. Датчик представляет собой пару автоматов, для которых постоянно записываются компоненты скорости, интенсивность напряжений и давление. В правой части рисунка приведена схема нагружения образца.Известно, что при трении процессы деформации в зоне контакта протекают наиболее интенсивно, в то время как остальная часть образца деформируется упруго и незначительно. Поэтому, целесообразно узкую зону контакта моделировать дискретной средой, а остальную часть образца описывать в рамках классической механики сплошной среды. Это позволяет более эффективно использовать вычислительные ресурсы, так как перебор всех окружающих автоматов представляет собой тяжелую задачу, а для континуальной части, вследствие малых деформаций, можно использовать достаточно грубую сетку.

5) Для того, чтобы начать анализировать получающиеся сигналы, надо вычислить собственные частоты упругих колебаний данной системы. В силу специфики нагружения для расчета собственных частот воспользуемся формулами для балки, закрепленной на одном конце (нижний блок), и для балки со свободным концом (верхний блок). Поскольку скорость распространения сдвиговых и продольных волн различна, то получим 4 основные собственные частоты.

6) Собственные частоты хорошо видны на спектрах Фурье для сигналов, соответствующим компонентам скорости. На спектрах также присутствуют более высокие гармоники данных частот. Следует отметить, что полученные собственные частоты не точно совпадают с пиками на спектрах Фурье т.к. зависят от высоты блоков, которая изменяется в силу образования квазижидкого слоя, разделяющего блоки. Также было замечено, что пики на спектрах Фурье, построенных для разных интервалов времени, незначительно изменяют положение и амплитуду. Слева показан исходный сигнал и его спектр Фурье. Снизу показана регистрация давления. Необходимо сказать, что спектр этих регистраций позволяет выделить основную частоту исходного сигнала.

7) Для анализа изменения частот во времени, как правило, используется оконный метод преобразования Фурье или вейвлет-преобразование. В данной работе использовалось вейвлет-преобразование с двумя наиболее распространенными базовыми функциями: Морле и «Мексиканская шляпа».

8) В качестве примера, на слайде изображены вейвлет-преобразования частотно и амплитудно-модулированных сигналов. Видно, что вейвлет-изображения в явном виде показывают суть изменения этих сигналов во времени (слева – изменяется амплитуда- цвет, а справа – частота. гоизтнтальная ось - время).

9) При различных комбинациях несущей и моделирующей частоты, результаты преобразований получаются различными. они представлены на слайде 9.

10) На 10 слайде приведены вейвлет-преобразования сигналов регистрируемых в процессе трения. Данные преобразования позволяют говорить о частотной и амплитудной модулированности этих сигналов. Исходя из формул для собственных частот, следует, что изменение слоя разделяющего трущиеся поверхности приводит к частотной модуляции возникающих упругих волн. Амплитудная модуляция регистрируемых сигналов может быть объяснена соответствующими колебаниями силы взаимодействия верхнего и нижнего блоков и, соответственно, коэффициента трения.

11) В результате проделанной работы были идентифицированы основные пики на Фурье-образах регистрируемых сигналов в модельной паре трения. Не смотря на казалось бы случайно происходящие акты отделения частиц износа и их последующего приваривания в квазижидком слое это приводит к частотной модуляции возникающих упругих волн. Таким образом, в данной работе показано, что закономерности процесса изнашивания могут быть изучены на основе анализа соответствующих акустических спектров.

12) Спасибо за внимание