Stress-strain state of restored rubber-cabletractive element with variable mechanical properties of rubber and cable breakage

Authors

DOI:

https://doi.org/10.33271/crpnmu/84.241

Keywords:

lifting and transporting machine, rubber-cable tractive element, restored rope, rubber shell, mechanical properties, operational changes, continuity breakage, layered composite structure, mathematical model, analytical solution, stress-strain state.

Abstract

Purpose. Determining a stress-strain state of a restored rubber-cable tractive element (rope, belt) under a discrete change in the shear modulus of material (rubber) that connects the reinforcing elements (cables). Research methodology.The study is based on an analytical solution of a model of a rubber-cable tractive element, taking into account a continuity breakage of the cable and changes in the mechanical properties of the rubber shell. Findings. A mathematical model of a rubber-cable tractive element with a disturbed structure has been developed and solved analytically, taking into account a discrete variation along its length of the rubber shear rigidity and a continuity breakage of the reinforcing element. It has been established that the patterns of distribution of forces, displacements, and shear angles of the rubber, in the case of assuming a linear law of rubber deformation and in the case of assuming a different value of the shear modulus over a small section of the rope, qualitatively coincide. Quantitatively, the maximum shear angles differ. In the considered case, assuming that the mechanical properties of the rubber remain unchanged over a segment of given length that includes only the cross-section around the broken cable, the tangents of the shear angles, determined with a fourfold local reduction in the rubber shear modulus, increase by up to 15% compared to those obtained under the assumption of linear rubber deformation. Scientific novelty. The influence of a discrete change in the rubber shear modulus on a stress-strain state of a rubber-cable tractive element with a continuity breakage of the reinforcing element has been established. The mechanism of changes in the stress state of a rubber-cable rope due to a nonlinear law of deformation of the inter-cable elastic layers has been refined. Practical significance. An algorithm has been formulated for determining the stress state of a rubber-cable tractive element with a disturbed structure, taking into account a known law of variation of the mechanical properties of rubber during operation. Considering the nonlinearity of deformation of the rubber shell makes it possible to predict the stress state of a rubber-cable tractive element with a broken reinforcing element in order to improve safety and reliability of its operation.

References

1. Колосов, Л.В., & Бельмас, І.В. (1981). Застосування електричних моделей для дослідження композитних матеріалів. Механіка композитних матеріалів , (1), 115-119.

2. Дарія-Заде, С. (2013). Чисельна методика визначення ефективних характеристик односпрямовано армованих композитів. Вісник Національного технічного університету «ХПІ» , (58), 71–77.

3. Бельмас, І.В. (1993). Напружений стан гумотросової стрічки при довільному пошкодженні тросів. Проблеми міцності та надійності машин , (6), 45–48

4. Колосов, Л.В., & Бельмас, І.В. (1990). Дослідження міцнісних характеристик зразків пошкоджених гумотросових стрічок. Вісті вищих навчальних закладів. Гірничий журнал , (8), 81–84.

5. Belmas, I., Kolosov, D., Dolgov, O., & Tantsura, G. (2017). The stress-strain state of the flat rope of hoisting engine with considering their technical state. Innovations in science and education: challenges of our tame. Collection if scientific papers . London: IASHE, 191–196.

6. Бельмас, І.В., Колосов, Д.Л., & Бобильова, И.Т.(2009). Врахування дотичних напружень при автоматизованому конструюванні ступінчастого канату. Сталеві канати. Збірник наукових праць , (7), 147–152.

7. Колосов, Л.В., & Бельмас, І.В. (1990). Аналіз схем стикових з'єднань гумотросових стрічок. Вісті вищих навчальних закладів. Гірничий журнал , (2), 83–85.

8. Танцура Г.І. (2010). Гнучкі тягові органи. Стикові з'єднання конвеєрних стрічок . Дніпродзержинськ: ДДТУ.

9. Baldwin, J., Bauer, D., & Ellwood, K. (2007). Rubber aging in tires. Part 1: field results. Polymer Degradation and Stability , (1), 103–109.

10. Bauer, D., Baldwin, J., & Ellwood, K . (2007). Rubber aging in tires. Part 2: accelerated oven aging tests. Polymer Degradation and Stability , (1), 110–117.

11. Ларін, О.О. (2015). Експериментальні дослідження параметрів пружності та статичної міцності гумової суміші, що входить до складу елементів пневматичних шин після її штучного старіння. Вісник ЖДТУ , 3 (74),21–27.

Published

2026-03-31

Issue

Section

MECHANICAL ENGINEERING