Кобец А.С., Дырда В.И., Калганков Е.В., Цаниди И.Н., Черний А.А. Абразивно-усталостный износ резиновой футеровки в контексте фрактального анализа

Деталі
Батьківська категорія: Геотехнічна механіка, 2019
Категорія: Геотехнічна механіка, 2019, № 144

Geoteh. meh. 2019, 144, 103-110

https://doi.org/10.15407/geotm2019.144.103

Абразивно-усталостный износ резиновой футеровки в контексте фрактального анализа

1Кобец А.С., 2Дырда В.И., 2Калганков Е.В., 2Цаниди И.Н., 2Черний А.А.

1Днепровский аграрно-экономический университет, 2Институт геотехнической механики им. Н.С. Полякова НАН Украины

УДК 622.23:05459

Язык: Украинский

Аннотация.

В статье приведён анализ работ по механике разрушения материалов и возможные пути решения проблем прогнозирования их ресурса. Одним из таких путей является метод фрактальной оценки поверхностей разрушения, но очень мало работ рассматривают разрушения резиновых деталей, особенно резиновых футеровок, работающих в условиях абразивно-усталостного износа.

Исследуя поверхности футеровки, установлено, что футеровка, которая не была в эксплуатации, имеет тяжи, разорванные фрагменты резины но не оторванные, то есть резина сопротивляется раздиру, похожая ситуация и с резиной взятой с глубины 30 мм и более. Резина, полученная из глубины 5 и 15 мм, имеет более равномерные бороздки, имеет мало тяжей и почти не имеет неоторванных фрагментов резины, то есть верхние слои футеровки сначала стареют (от действия усталостного износа), а затем стираются загрузкой.

Именно метод фрактальной оценки поверхности разрушения резиновой футеровки позволяет определить макроструктурные характеристики резины по значениям микроструктурных параметров материала без каких-либо подгоночных коэффициентов. Результаты исследований свидетельствуют о том, что процесс разрушения резины является нелинейным; очевидно, в локальных зонах, то есть в зонах интенсивного разрушения материала нелинейность процесса будет больше, чем в среднем по образцу. Так в работе исследовано изменение физико-механических свойств резиновой футеровки по её высоте и установлено, что резиновая футеровка меняет свои свойства постепенно, то есть стареет. Состаренный слой составляет 10-15 мм, о чём свидетельствует фрактальная размерность, которая уменьшается до глубины 15 мм, а затем восстанавливается до первоначального значения на глубине 30 мм. Это свидетельствует о том, что в результате ударно-царапающего действия загрузки резина стареет и теряет свои свойства. Это приводит к снижению способности резины сопротивляться износу, и она стирается, в то же время новые слои постепенно стареют и теряют свои свойства. Таким образом, фрактальная оценка даёт возможность прогнозировать состояние резиновой футеровки, как на поверхности материала, так и внутри.

Приведены также результаты исследований динамики износа резиновой футеровки и её связь с фрактальной размерностью, так фрактальная размерность новой футеровки составляет 2,8472, а после наработки 7560 часов – 2,8204. Как показали исследования с уменьшением высоты футеровочной плиты, уменьшается и фрактальная размерность. Так для новой плиты высотой 270 мм фрактальная размерность составляет 2,8472 и для плиты с износом 43 мм – 2,8204, что даёт возможность прогнозировать долговечность (старение) резиновой футеровки по её фрактальной размерности.

Ключевые слова:

фрактал, фрактальная размерность, износ, разрушение, резиновая футеровка, кластер, поверхность разрушения, усталостный износ, абразивный износ

Список литературы:

1. Булат А.Ф., Дырда В.И. Фракталы в геомеханике. К.: Наук. думка, 2005. 358 с.

2. Большаков В.И., Волчук В.Н., Дубров Ю.И. Фракталы в материаловедении. Днепропетровск: ПГАСА, 2005. 253 с.

3. Мандельброт Б. Фрактальная геометрия природы. М.: Ин-т компьютерных исследований, 2002. 656 с.

4. Иванова В.С. Фрактальная механика разрушения. Задачи и перспективы практического использования. Самоорганизующиеся и фрактальные структуры. Уфа: Уфим. нефт. ин-т, 1990. С. 3-14.

5. Щелокова М.А., Коротунова Е.В., Мастиновский Ю.В. Фрактальный поход к решению задачи о накоплении повреждений. Нові матеріали і технології в металургії та машинобудуванні. 2005. №2. С. 80-83.

6. Горуля П.Е. Моделирование процесса разрушения неоднородных твердых тел на основе теории перколяции. Мат. и электрон. моделир. в машиностр. К.: Техника, 1989. С. 47-53.

7. Особливості розрахунків гумометалевих елементів з урахуванням ефекту об’ємного стиску / В.І. Дирда та ін. Геотехнічна механіка. 2018. Вип. 138. С. 160-168.

8. Калганков Є.В. Особливості фрактального аналізу поверхні руйнування гумових футерівок, що працюють в умовах абразивно-втомного зносу. Геотехнічна механіка. 2017. Вип. 133. С. 66-74.

Об авторах:

Кобец Анатолий Степанович, доктор наук госуправления, профессор, ректор, Днепровский государственный аграрно-экономический университет (ДГАЕУ), Днепр, Украина, Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

Дырда Виталий Илларионович, доктор технических наук, профессор, заведующий отделом механики эластомерных конструкций горных машин, Институт геотехнической механики им. Н.С. Полякова Национальной академии наук Украины (ИГТМ НАНУ), Днепр, Украина, Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

Калганков Евгений Васильевич, аспирант, Институт геотехнической механики им. Н.С. Полякова НАН Украины (ИГТМ НАНУ), Днепр, Украина, Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

Цаниди Иван Николаевич, аспирант, Институт геотехнической механики им. Н.С. Полякова НАН Украины (ИГТМ НАНУ), Днепр, Украина.

Черний Александр Анатольевич, аспирант, Институт геотехнической механики им. Н.С. Полякова НАН Украины (ИГТМ НАНУ), Днепр, Украина, Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.