Analiza rozkładu energii odkształcenia z uwzględnieniem tarcia powierzchniowego w pierścieniu wykonanym z materiału o właściwościach hiperelastycznych

Rozwój technologii informatycznych pozwolił na wprowadzenie do obliczeń inżynierskich na masową skalę programów wykorzystujących metodę elementów skończonych MES do symulowania zachowania się elementów maszyn, urządzeń mechanicznych oraz zjawisk fizycznych. Głównym problemem ich zastosowania w przypadku analizy tarcia powierzchniowego jest to, że w większości są przeznaczone tylko do obliczeń materiałów o właściwościach liniowych. To zjawisko ma szczególne znaczenie przy obliczeniach materiałów hiperelastycznych, do których należy również guma. Jest ona dzisiaj masowo wykorzystywana w różnych dziedzinach techniki. Zjawisko tarcia ma bezpośredni wpływ na odkształcanie się przedmiotów wykonanych z materiałów hiperelastycznych. Do obliczeń tych materiałów zastosowano metodę energetyczną, wykorzystującą element skończony o nieliniowych właściwościach modelowany energetycznie oraz oryginalny algorytm iteracyjny nazwany metodą relaksacji lokalnej. W artykule przedstawiono zastosowanie metody energetycznej do wyznaczenia odkształceń pierścienia gumowego z uwzględnieniem zjawiska tarcia powierzchniowego. Oprócz otrzymanych deformacji danego elementu przedstawiono również wyniki obliczeń dyssypacji energii spowodowanej pracą sił tarcia oraz rozkłady energii odkształcenia postaciowego i objętościowego w poszczególnych warstwach odkształcanego pierścienia.

The information technology development improved engineering calculations by global spread of finite element method FEM to simulate behaviour of machine elements, mechanical devices and physical phenomena. The main problem of using it in case of superficial friction phenomenon is that in most cases its main purpose is to calculate materials of linear properties. This phenomenon is especially important for calculations of hyperelastic materials which include rubber. Nowadays, it is widely used in technology. Friction directly influences on deformations of objects made from hyperelastic materials. Energy method has been used for materials’ calculations by means of energy-based finite element of non-linear features, and iterative algorithm, named the local relaxation method. This paper presents the application of energy method for rubber ring deformations assignment including the superficial friction phenomena. Besides the observed deformations of examined element, there have been also presented the results of energy dissipation caused by friction forces work and the energy density distribution of volumetric and deviatoric strain in particular layers of the deformed ring.