Mechanika kontaktu w charakteryzowaniu materiałów inżynierskich

Mechanika kontaktu w charakteryzowaniu materiałów inżynierskich

rok wydania: 2023, wydanie pierwsze
ISBN: 978-83-7348-896-0
ilość stron: 130

Opis

W pierwszej części pracy przedstawiono teoretyczne podstawy mechaniki kontaktu. Omówiono model kontaktu Hertza opisujący zależność pomiędzy obciążeniem przyłożonym do kulistego wgłębnika i jego przemieszczeniem. W dalszej części scharakteryzowano modele niehertzowskie, w których pod uwagę bierze się siły adhezji. Przedstawiono dwa modele uwzględniające adhezyjne przyciąganie sferycznego wgłębnika i podłoża, tj. model Johnsona, Kendalla i Robertsa (JKR), wykorzystujący równowagę pomiędzy zmagazynowaną energią sprężystą a utratą energii powierzchniowej pomiędzy kulistym wgłębnikiem i powierzchnią płaską, oraz model sprężystego kontaktu Derjaguina–Mullera–Toporowa (DMT). Model JKR uwzględnia wpływ nacisku kontaktowego i adhezji tylko wewnątrz obszaru kontaktu, natomiast model DMT uwzględnia dodatkowo siły przyciągania występujące pomiędzy ciałami, które oddziałują także poza strefą kontaktu. W dalszej części monografii zaprezentowano modele dla płaskich powierzchni biorące pod uwagę ich chropowatość. Opisano teorię Greenwooda i Williamsona (GW), która zakłada, że wysokości nierówności mają rozkład gaussowski, a odkształcenie nierówności jest opisane modelem Hertza, oraz teorie Greenwooda i Trippa. Następnie przedstawiono matematyczny opis odkształcania materiału przy jego kontakcie z wgłębnikiem w kształcie stożka, zaprezentowany przez Sneddona. W kolejnym rozdziale omówiono różne metody pomiaru twardości materiałów: Brinella, Meyera, Vickersa, Knoopa, Martensa i Rockwella. Następny rozdział opisuje metodę indentacji. Scharakteryzowano w nim naprężenia i odkształcenia w materiale podczas penetracji przez kulisty i ostry wgłębnik, sposoby określania twardości i sztywności materiału, opisano efekt skali występujący dla małych przemieszczeń wgłębnika, a także sposób wyznaczania gęstości dyslokacji występujących w materiale i ich mobilności. Rozdział ten zawiera też omówienie sposobu wyznaczania współczynnika umocnienia odkształceniowego, krytycznego współczynnika intensywności naprężeń oraz naprężeń własnych przy wykorzystaniu testu indentacji. Znajdują się tu również informacje na temat testu zarysowania. Ostatni rozdział przedstawia wyniki prac naukowych, których autorka jest współautorem, i wyniki badań własnych jeszcze nieopublikowanych, które zostały uzyskane za pomocą indentera.

Spis treści

Spis ważniejszych oznaczeń / 5

1. Wstęp / 9

2. Cel pracy / 11

3. Teoretyczne podstawy mechaniki kontaktu / 12
3.1. Model Hertza dla systemu kulistego wgłębnika dociskanego do płaskiej próbki / 12
3.2. Modele uwzględniające siły adhezji pomiędzy kulą i podłożem / 16
3.3. Modele dla płaskich powierzchni uwzględniające ich chropowatość / 22
3.4. Wgłębnik stożkowy i inne wgłębniki posiadające kąt wierzchołkowy / 26

4. Pomiary twardości / 32
4.1. Twardość Meyera / 32
4.2. Twardość Brinella / 33
4.3. Twardość Martensa 35
4.4. Twardość Vickersa / 36
4.5. Twardość Knoopa / 38
4.6. Twardość Rockwella / 39

5. Test indentacji / 41
5.1. Naprężenia i odkształcenia w materiale podczas testu indentacji / 45
5.2. Efekt pile up / 50
5.3. Wyznaczanie twardości i sztywności w materiału / 52
5.4. Efekt skali i wyznaczanie gęstości dyslokacji / 59
5.5. Pełzanie materiału i wyznaczanie mobilności dyslokacji / 62
5.6. Wyznaczanie współczynnika umocnienia odkształceniowego materiału / 66
5.7. Wyznaczanie naprężeń własnych / 68
5.8. Wyznaczanie krytycznego współczynnika intensywności naprężeń / 72
5.9. Dynamiczny test indentacji / 78
5.10. Test zarysowania / 83

6. Przykłady badań własnych w charakterystyce materiałów inżynierskich / 87
6.1. Właściwości mechaniczne bakteryjnej nanocelulozy / 87
6.2. Charakteryzowanie szlifowanej warstwy wierzchniej stali C45 / 94
6.3. Wyznaczanie naprężeń własnych w laserowo obrabianych cięgnach podwozia samolotu / 100
6.4. Charakteryzowanie warstw Al
2O
3 wytwarzanych metodą micro-arc oxidation (MAO) pod kątem ich odporności na obciążenia kawitacyjne / 105
6.5. Charakteryzowanie kompozytowych powłok typu nanościanki węglowe–polidopamina–polizwitterion / 112

7. Podsumowanie / 117

Bibliografia / 119
Streszczenie w języku polskim / 128
Streszczenie w języku angielskim / 129