Особливості фрактального аналізу поверхні руйнування гумових футерівок, що працюють в умовах абразивно-втомного зносу

Abstract

Наводяться результати досліджень локальності утворення подряпин на поверхні гумових футерівок, що працюють в умовах абразивно-втомного зносу та дії на поверхневий шар агресивного середовища у вигляді підвищеної температури та хімічно активних речовин. Зразки гуми були отримані в процесі ревізійного огляду барабанного млина і досліджувались на оптичному мікроскопі. В результаті проведених досліджень встановлено стохастичний процес появи та самоподібність подряпин поверхневого шару футерівки, утворених в наслідок дії завантаження барабанного млина. Розглянуто методику та проведено визначення фрактальної розмірності масивних гумових деталей, що працюють в умовах абразивно-втомного зносу за результатами якого встановлено величину фрактальної розмірності гумової футерівки яка становить 1,8125. Наведено залежності її зміни за час експлуатації, а також доведено збільшення фрактальної розмірності зі збільшенням часу експлуатації футерівки, тобто наявності збільшених подряпин та каверн, які виникають внаслідок втомного руйнування (деструкції) поверхневого шару футерівки. Встановлено залежність між фрактальною розмірністю поверхні гумової футерівки та коефіцієнтом Пуассона. Використання методу фрактального аналізу поверхонь руйнування дозволяють отримати узагальнені співвідношення між механічними характеристиками гуми та параметрами її структури. Також в статті встановлено взаємозв’язок між фрактальною розмірністю та напрацюванням гумової футерівки.

Приводятся результаты исследований локальности образования царапин на поверхности резиновых футеровок, работающих в условиях абразивно-усталостного износа и воздействия на поверхностный слой агрессивной среды в виде повышенной температуры и химически активных веществ. Образцы резины были получены в процессе ревизионного осмотра барабанной мельницы и исследовались на оптическом микроскопе. В результате проведенных исследований установлено, стохастический процесс появления и самоподобие царапин поверхностного слоя футеровки, образованных в результате действия загрузки барабанной мельницы. Рассмотрена методика и проведено определение фрактальной размерности массивных резиновых деталей, работающих в условиях абразивно-усталостного износа по результатам которого установлено величину фрактальной размерности резиновой футеровки, которая составляет 1,8125. Приведены зависимости её изменения за время эксплуатации, а также доказано увеличение фрактальной размерности с увеличением времени эксплуатации футеровки, то есть наличия увеличенных царапин и каверн, которые возникают в результате усталостного разрушения (деструкции) поверхностного слоя футеровки. Установлена зависимость между фрактальной размерностью поверхности резиновой футеровки и коэффициентом Пуассона. Использование метода фрактального анализа поверхностей разрушения позволяют получить обобщённые соотношения между механическими характеристиками резины и параметрами её структуры. Также в статье установлена взаимосвязь между фрактальной размерностью и наработкой резиновой футеровки.

The results of studies of locality of scratches formation on the rubber lining surface operating in conditions of abrasive and fatigue wear and impact of aggressive environment in the form of high temperature and chemically active substances on the surface layer are shown in the article. Rubber samples were taken while inspecting the drum mill and were investigated by the optical microscope. As a result of the conducted researches, it is established that occurrence and self-similarity of the scratches on the lining surface layer formed in result of action of the loaded drum mill feature a stochastic process. Technique and determination of the fractal dimension of the massive rubber parts, working in conditions of abrasive and fatigue wear were studied, and, as a results, it was established that fractal dimension of the rubber lining should be 1,8125. Dependences of the lining changes during the operation were determined, and it also was proved that fractal dimension increased with prolonged time of the lining operation, i.e. occurrence of increased scratches and cavities in result of fatigue damage (destruction) of the surface layer of the lining. The dependence between the fractal dimension of the rubber lining surface and the Poisson coefficient was established. The method of fractal analysis of the surface destruction allows formulating a generalized correlation between the rubber mechanical characteristics and parameters of its structure. Interrelation between fractal dimension and the life of the rubber lining is also established.