KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 88 (3/2024)
36
BÀI BÁO KHOA HỌC
NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM VÀ XÂY DỰNG MÔ HÌNH
TOÁN HỌC CHO ĐỘ CỨNG TIẾP XÚC CỦA LỚP HẠT
TRONG MÔ HÌNH MÀI MÒN BA VẬT THỂ
Đoàn Yên Thế
1
Tóm tắt: Mài mòn ba vật thể xảy ra thường xuyên trên các bề mặt tiếp xúc trong rất nhiều máy móc,
thiết bị công nghiệp. Các nghiên cứu quá trình mài mòn thường dựa vào các mô hình thí nghiệm. Trong
bài báo này, chúng tôi đề xuất một phương pháp nghiên cứu dựa trên thực nghiệm để nghiên cứu độ
cứng tiếp xúc của lớp cát silic bị giới hạn chuyển động nằm giữa hai bề mặt thép với áp lực vuông góc
biến thiên từ 0.15kN tới 20kN. Dựa trên kết quả thực nghiệm, chúng tôi đã xây dựng được hàm hồi quy
phi tuyến biểu diễn độ cứng tiếp xúc của lớp hạt theo áp lực pháp tuyến. Kết quả dự báo của hàm hồi
quy này cho thấy độ phù hợp tốt với kết quả đo đạc thực nghiệm. Hàm hồi quy này có thể sử dụng làm
hàm đầu vào cho một số phương pháp mô phỏng mòn phù hợp.
Từ khoá: Độ cứng tiếp xúc, mài mòn ba vật thể, hàm hồi quy phi tuyến, nghiên cứu thực nghiệm.
1. ĐẶT VẤN ĐỀ
*
Quá trình mòn của các bề mặt tiếp xúc trong
các tiếp xúc hai vật hoặc ba vật phụ thuộc nhiều
vào sự tương tác giữa các bề mặt tiếp xúc và sự
thay đổi đặc tính tiếp xúc trong quá trình mòn.
Nếu hai bề mặt nhám được ép lại với nhau bằng
các áp lực pháp tuyến, các bề mặt này sẽ xuất hiện
biến dạng tại lân cận của các đỉnh nhô đối diện
nhau. Tại mỗi cặp đỉnh này, độ mòn thường được
mô tả bởi phương trình mòn Fleischer hoặc
Archard. Phương trình mòn Fleischer (Fleischer,
1973) thể hiện thể tích mòn tỉ lệ thuận với công
của lực ma sát và có dạng sau:
wn
V k F SL
Trong đó
, ,
n
F SL
lần lượt là hệ số ma sát,
áp lực pháp tuyến cục bộ tại cặp đỉnh nhô và
khoảng cách trượt.
k
là một hệ số tỉ lệ phù hợp
với từng mô hình. Phương trình mòn này phù hợp
để mô tả quá trình gây ra bởi lớp hạt mài mòn
gồm rất nhiều hạt và xảy ra trong một thời gian
dài, do vậy thường được sử dụng để nghiên cứu
mòn gây ra bởi các lớp hạt. Với áp lực pháp tuyến
n
F
, đại lượng này xác định bởi tích giữa độ cứng
chung của lớp hạt với độ biến dạng cục bộ của lớp
hạt tại vị trí cặp đỉnh nhô.
1
Khoa Cơ khí, Trường Đại học Thủy lợi
Theo hiểu biết của tác giả, những nghiên cứu
về hành vi mòn trong mài mòn ba vật thể khi vật
thể mài mòn là các khối cùng lớp trung gian là
lớp hạt mài mòn chưa được nghiên cứu nhiều.
Các nghiên cứu đã có sẵn chủ yếu nghiên cứu
hành vi mòn khi có một số ít các hạt mài mòn và
chủ yếu nghiên cứu cơ chế mòn gây ra bởi một
hạt mài mòn riêng lẻ (xem (de Payrebrune K.,
2022), (Y. Song, 2019)). Trong thực tế, mài
mòn ba vật thể dưới dạng khối cùng lớp hạt mài
mòn trung gian xảy ra phổ biến trong các thiết
bị, máy móc công nghiệp như má phanh xe,
bánh thép và đường ray xe lửa, băng tải, gàu của
máy xúc hay hộp số và vòng bi, các mắt của
bánh xích của xe tăng, v..v, trong đó các lớp hạt
mài mòn trung gian nằm giữa các vật thể chuyển
động và tiếp xúc ba vật thể xảy ra dưới áp suất
cao. Lượng hạt mài mòn tồn tại trong vùng tiếp
xúc khá ít dưới tác dụng của áp suất cao, chỉ từ
1 tới ba lớp hạt. Hơn nữa, lớp hạt trong vùng
tiếp xúc chịu tác động nén và giải nén đồng thời
bị giới hạn chuyển động theo một chiều hoặc
không bị giới hạn. Từ đó, tác giả thiết kế thí
nghiệm Confined Compression Test-CCT để mô
phỏng lớp hạt bị giới hạn và Unconfined
Compression Test-UCT cho trường hợp không
bị giới hạn, xem Hình 1.
