Transient 3D Thermomechanical Simulation of the Frictional Contact of the Pin-on-Disc System

Abstract

Тертя генерує розсіювання тепла, що супроводжується нагріванням системи pin-on-disc, у деяких випадках це нагрівання може впливати на термомеханічні властивості системи. У статті представлено перехідне тривимірне чисельне моделювання за допомогою програмного забезпечення COMSOL multiphysics термомеханічної поведінки під час динамічного контакту системи pin-on-disc. Термомеханічна модель тертя запозичена з літератури. Обговорюється вплив затримки контакту [0..10] секунд, зміни навантаження на pin [1..4] МПа та зміни швидкості диска [10..15] м/с. Результати роботи показують, що збільшення затримки контакту призводить до швидкого підвищення температури контактної зони в перші секунди, а починаючи з четвертої секунди, збільшення дуже незначне і стає постійним через поширення тепла шляхом провідності у вільних ділянках системи pin-on-disc. Вплив поступового збільшення навантаження на pin є більш помітним, ніж вплив швидкості диска на термомеханічну поведінку системи pin-on-disc.

Friction generates thermal dissipation accompanied by heating of the pin-on-disc system, in some cases this heating can affect the thermomechanical properties of the system. In this paper, transient 3D numerical simulation by the COMSOL multiphysics software of the thermomechanical behavior during the dynamic contact of the pin-on-disc system is presented. A thermomechanical model of friction is adopted from the literature. The effects of contact delay [0..10] second, pin load variation [1..4] MPa and disc speed variation [10..15] m/s are discussed. The results of the present paper show that an increase in the contact delay generates a rapid increase in the temperature of the contact area in the first seconds, starting from the fourth second, the increase is very small and becomes constant due to the propagation of heat by conduction in the free areas of the pin-on-disc system. The effect of a gradual increase in pin load is more remarkable than that of disc speed on the thermomechanical behavior of the pin-on-disc system.