Міністерство освіти і науки молоді та спорту України

Запорізький національний технічний університет

Кафедра ОТСП

ПОЯСНЮВАЛЬНА ЗАПИСКА ДО КУРСОВОГО ПРОЕКТУ

«Дослідження адаптації матеріалів за рахунок дисипативних та

квазідисипативних систем в умовах зношування»

Виконала: ст., гр. ІФ-419 К.В. Трубчанінова

Перевірив: к.т.н., проф. С.М. Попов

2012

ЗМІСТ

Завдання на проект . . . . . . . . 3

Реферат . . . . . . . . . . 4

Анотація . . . . . . . . . . 5

Вступ . . . . . . . . . . . 6

1 Поняття і сутність дисипативних систем . . . . . 7

1.1 Основні положення. . . . . . . . . 7

1.2 Дисипативні системи з тертям (Теорія І. Пригожина) . . 8

1.3 Дисипативні структури . . . . . . . 12

2 Мартенситне перетворення деформації . . . . . 15

3 Аналітичне вивчення впливу легуючих елементів на

мартенситне перетворення в сталях . . . . . . 20

4. Багатокритеріальний аналіз адаптації матеріала до

зовнішніх умов, за рахунок мартенситного перетворення . . 22

4.1 Методологія багатокритеріального підходу до аналізу

зношування сталей та сплавів.. . . . . . . 22

4.2 Матеріалознавчі параметри трибосистеми . . . . 25

4.3 Математичне планування адаптації сплавів до зовнішніх

умов, за рахунок мартенситного перетворення в залежності

від хімічного складу . . . . . . . . 27

Висновки . . . . . . . . . . 38

Перелік посилань . . . . . . . . . 39

ВСТУП

Руйнування сталей та сплавів, з яких виготовлена більшість деталей машин, охоплює сукупність складних явищ, що відбуваються при взаємодії поверхневих шарів матеріалу з абразивним середовищем у визначених конкретних умовах експлуатації. Усі компоненти цього процесу, що включають сам метал, контактне середовище, зовнішні умови зношування , взаємозалежні та кожний з них окремо і у взаємодії з іншими факторами впливає на руйнування та кінцевий результат – величину зносу.

Сплави з високою твердістю взагалі мають більшу зносостійкість, але виключенням з цього загального правила є сплави, у структурі яких утворюється значна кількість залишкового аустеніту. Найбільше це положення виявлялося при дослідженні зношування в абразивному середовищі сталей з метастабільною аустенітною структурою.

У процесі зношування таких сталей під впливом енергії абразивних зерен на поверхні тертя з метастабільною аустенітною структурою може відбуватися утворення мартенситу деформації. Чутливість до адаптації сталей і сплавів до зовнішніх механо-енергетичних впливів, що приводять до мартенситного (γ→α) перетворення, залежить від температури мартенситної точки, що у значній мірі визначається вмістом вуглецю і легуючих елементів у твердому розчині. При цьому найбільш повне перетворення аустеніту у мартенсит деформації протікає при температурі мартенситної точки близької до 20ºС. Тому важливою задачею при вивченні цих процесів є дослідження розподілу витрат енергії, тобто її дисипації, яка здійснює запуск механізмів зміцнення робочої поверхні деталі, що зношується.

1 Поняття і сутність дисипативних систем

1.1 Основні положення

Відкриті системи, в яких спостерігається приріст ентропії, називають дисипативними. В таких системах енергія впорядкованого руху перетворюється в енергію невпорядкованого хаотичного руху, в тепло. Якщо замкнена система (гамільтонова система), що виведена зі стану рівноваги, завжди прагне знов досягти максимуму ентропії, то у відкритій системі зниження ентропії може врівноважити її ріст в самій системі і є вірогідність виникнення стаціонарного стану. Якщо ж зниження ентропії перевищить її внутрішній зріст, то виникають і поширюються до макроскопічного рівня великомасштабні флуктуації, а при певних умовах в системі починають виникати само організаційні процеси, створення впорядкованих структур.      При вивченні систем, їх часто описують системою диференційних рівнянь. Уявлення вирішення цих рівнянь як руху деякої точки в просторі з розмірністю, рівною числу змінних називають фазовими траєкторіями системи. Поведінка фазової траєкторії в ролі стійкості показую, що існує декілька основних його типів, коли всі рішення системи в кінці концентруються на деякій підмножині. Така підмножина називається аттрактором. 

Аттрактор має область тяжіння,багато початкових точок, таких, що при збільшенні часу всі фазові траєкторії, що почались в них прагнуть саме до цього аттрактора. 

Основними типами аттракторів є:

- стійкі граничні точки;

- стійкі цикли (траєкторіє прагне до деякої замкнутої кривої);

- тори (до поверхні яких наближається траекторія).

Рух точки в таких випадках має періодичний чи квазіперіодичний характер. Існують також характерні тільки для дисипативних систем так звані дивні аттрактори, які, на відміну від звичайних не є підмножиною фазового простору (точка, цикл, тор, гіпертор — є цією підмножиною) і рух точки на них є нестійким, будь які дві траєкторії на ньому завжди розходяться, мала зміна початкових даних призводить до різних шляхів розвитку. Іншими словами, динаміка систем з дивними аттракторами є хаотичною. 

Унікальною властивістю дивних ат тракторів є скейлінгова структура або масштабна само повторюваність. Це означає, що збільшуючи ділянку аттрактора, яка має нескінченну кількість кривих, можна впевнитись в його подібності великомасштабному уявленню частини аттрактора. Для об’єктів із здатністю нескінченно повторювати власну структуру на макрорівні є спеціальна назва – фрактали.     Для динамічних систем, що залежать від деякого параметра, є характерною, плавна зміна характеру поведінки при зміні параметра. Однак для параметра може матись деяке критичне (біфуркаційне) значення, при переході через яке аттрактор зазнає якісну перебудову і, відповідно, різко змінюється динаміка системи, наприклад, зникає стійкість. Втрата стійкості відбувається, як правило, переходом від точки стійкості до стійкого циклу (м’яка втрата стійкості), вихід траекторії зі стійкого положення (жорстка втрата стійкості), народження циклів з подвоєним періодом. При подальшій зміні параметра можливе виникнення торів і далі дивних аттракторів, тобто хаотичних процесів.      Тут треба зазначити, що в спеціальному сенсі цього слова хаос означає нерегулярний рух, що описується детерміністичними рівняннями. Нерегулярний рух має на увазі неможливість його опису за допомогою суми гармонійних рухів.