Устройство для моделирования реологических характеристик материалов

Устройство для моделирования реологических характеристик материалов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к определению реологических свойств сплошных сред и позволяет изучать механические свойства сред, обладающих внутренним напряжением (например, ячеистых бетонов). Для этого устройство снабжено дополнительным активным элементом в виде поршня 5 в цилиндре 6, к емкости которого подсоединен задатчик 7 заданного давления. Активный элемент установлен параллельно пассивному элементу Устройство используется для подбора как составов строительных смесей, так и режимов динамических воздействий на них при формировании изделий 7 ил

СОЮЗ COBETCY!ИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 G 01 N 11/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4713637/25 (22) 04,07.89 (46) 23.12.91. Бюл. ¹ 47 (71) Рижский политехнический институт им. А,Я.Пельше (72) А.Е.Терентьев и Г,Я.Куннос (53) 538.137 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 775663, кл. G 01 N 11/00, 1980.

Рейнер М, Реология. — M., 1965, (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ

РЕОЛОГИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК МАТЕ РИАЛОВ, Ы„„1700444 А1 (57) Изобретение относится к определению реологических свойств сплошных сред и позволяет изучать механические свойства сред, обладающих внутренним напряжением (например, ячеистых бетонов). Для этого устройство снабжено дополнительным активным элементом в виде поршня 5 в цилиндре 6, к емкости которого подсоединен задатчик 7 заданного давления. Активный элемент установлен параллельно пассивному элементу. Устройство используется для подбора как составов строительных смесей, так и режимов динамических воздействий на них при формировании изделий, 7 ил:

1700444

Изобретение относится к определению реологических свойств сплошных сред и может быть использовано при разработке технологических процессов производства строительных материалов, например ячеистых бетонов.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей за счет обеспечения изучения реологических свойств сред, обладающих внутренним напряжением.

На фиг.1 представлена принципиальная схема устройства для моделирования вспучивающийся вязкой среды; на фиг.2— то же, упругой среды, обладающей внутренними напряжениями; на фиг,3 — то же, пластической среды с различными пределами пластичности при сжатии и растяжении; на фиг.4 — функциональная схема активного элемента; на фиг.5 — график изменения скорости удлинения модели вспучивающейся вязкой среды в зависимости от уровня внешней нагрузки во времени; на фиг.б— то же, для модели упругой среды, обладающей внутренними напряжениями; на фиг.7 — то же, для модели пластической среды с различными пределами пластичности при сжатии и растяжении, . Устройство включает пассивную механическую модель, выполненую в виде вязкого элемента 1 или упругого элемента 2, или элемента 3 пластичности, и дополнительный активный элемент 4, Модель вязкого тела или вязкий элемент 1 представляет собой цилиндр, наполненный вязким маслом, в который с некоторым зазором вставлен поршень, Модель упругого тела или упругий элемент 2 представляет собой пружину.

Модель пластичного тела или элемент 3 пластичности представляет собой пару трения, Активный элемент 4 выполнен в виде

° поршня 5 в цилиндре 6, который подсоединен к задатчику 7 давления. Элемент 4 установлен параллельно или модели 1, или модели 2, или модели 3 и соединен с ними жесткими траверсами 8, к которым может прикладываться внешняя нагрузка P.

Устройство работает следующим образом.

1. В случае моделирования вспучивающейся вязкой среды, например газобетонной смеси, элемент 4 подключен параллельно модели вязкого тела 1. Задатчик 7 давления создает давление ар на поршень 5, тогда активный элемент 4 посредством жестких траверс 8 передает нагрузку, равную стр S = P,, где S — площадь . поршня 5, на элемент 1, приводя тем самым к равномерному движению поршня вязкого элемента 1 по закону

Рр=,иЛ0, где,и — коэффициент, пропорциочальный

5 вязкости элемента 1;

dU

Л0 =- — скорость удлинения элеЙ мента 1, равная скорости удлинения всей модели, т,е. модель деформируется в отсут10 ствие внешних нагрузок.

При приложении к модели внешней нагрузки P на поршень элемента 1 действует нагрузка, равная Po - P, при этом элемент 1 равномерно деформируется уже с другой

15 скоростью по закону

P,-P -=-,иЛ0 (всюду относят положительный знак нагружения к растяжению, а отрицательный знак нагружения к сжатию модели или материа20 ла).

Зависимость изменения скорости удлинения модели вспучивающейся вязкой среды от уровня внешней нагрузки во времени (фиг.5) следующая.

25 8 отсутствие внешней нагрузки (P = О) на участке tt = to наблюдается удлинение модели со скоростью Л 13 = tg а; при нагрузке сжатием P1(l P > I < I Po I) на участке сг - t1 удлинение модели происходит со скоро30 стью ЛО = tg P; 0 <,В < а; при нагрузке

I P2 I > I Pp I на участке тз - tz скорость удлинения меняет знак, т.е. модель начинает сжиматься; при нагружении модели растяжением P3, t > t3 скорость удлинения

35 модели превышает таковую без внешней нагрузки, т,е, д ) а;.

Заменив силу на напряжение, удлинение на деформацию, э коэффициент пропорциональности на вязкость получают

40 реологическое уравнение модели (7р — 0 = 3/ Е, где Ор — внутреннее давление;

cr — внешнее давление; ое о = — — скорость относительной де(3 t формации;

r — вязкость, Таким образом, предлагаемая модель описывает поведение вязких тел при наличии внутреннего давления.

Использование модели с изменяющимся во времени значениями ор и у дает возможность обосновать процесс вспучивания газобетонной смеси в форме при воздействии на ее поверхность пригрузов как инерционных, так и неинерционных, оказывающих не только сжимающие, но и растягивающие динамические воздействия, что позволяет оптимизировать как

1700444 процесс вспучивания, так и выг,ор динамического воздействия на смесь.

В случае моделирования упругой среды, обладающей внутренними напряжениями, например сырец газобетона, активный элемент 4 подключен параллельно модели упругого тела 2. Задатчик 7 давления создает давление, равное сг,, на порйень 5, активный элемент 4 посредством траверс 8 передает нагрузку, равную (Tp S = Po, на элемент 2, приводя тем самым к удлинению пружины по закону

Ро =(Е) hU, где (Е) — жесткость пружины, т,е, модель находится в напряженно-деформированном состоянии в отсутствие внешних нагрузок, При приложении к модели внешней нагрузки P на упругий элемент 2 действует нагрузка, равная Po - P, при этом он деформируется по закону

Ро- Р =.(Е) AU.

Изменение удлинения модели упругой среды, обладающей внутренними напряжениями, зависит от уровня внешней нагрузки во времени (фиг.6) следующим образом.

В отсутствие внешней нагрузки (P = О) на участке tt - tp наблюдается удлинение модели AUi; при внешней сжимающей нагрузке Pt(0 > Р1>- I Р,l} на участке tz - tt упругий элемент 2 испытывает растяжение, а удлинение модели равно Л0г, при внешней сжимающей нагрузке Pz(IP21 > I Pol) на участке тз — t2 упругий элемент 2 испытывает сжатие, т.е. удлинение модели меняет знак и равно - Л Оз; при внешней растягивающей нагрузке Рз > 0 на участке t > тз удлинение модели равно 604 > 601.

Заменив силу на напряжение, удлинение на деформацию, а жесткость пружины на модуль упругости. получают реологическое уравнение модели

О; — cJ=Ея, где Š— модуль упругости.

Таким образом, предлагаемая модель описывает поведение упругих тел при наличии внутренних напряжений. Использование модели с изменяющимися во времени значениями ао и Е дает возможность моделировать распределение деформаций по высоте слоя как под собственным весом смеси, так и под воздействием пригрузов, а также определить границу смены знаков деформации и ее изменение во времени, поскольку межпорговое вещество смеси испытывает растяжение у поверхности смеси, которое компенсируется на определенной глубине воздействием веса вышележащих слоев смеси или действием пригруза, в результате растяжение смеси сменяется сжатием.

Это позволяет подобрать высоту формируемых изделий или вес используемых

5 пригрузов так, что область дефектности маTppMBëà, связанная с растягивающими напряжениями в смеси (так называемая

"горбушка" ) минимальная.

В случае моделирования пластической

10 среды, обладающей различными пределами пластичности при сжатии и растяжении, например сырца гаэобетона, элемент 4 подключен параллельно модели пластического тела. Задатчик 7 давления создает давлени15 ем гг, на поршень 5, активный элемент 4 посредством жестких траверс 8 передает нагрузку, равную oo S = P, на элемент 3 трения, При этом предлагаемая модель имеет

20 различный предел пластичности Р при смене знаков деформации Рт = Гт - Po (предел пластичности при растяжении);

Рт = -Гт - Pi (предел пластичности при сжатии}, 25 где FT — сила трения элемента пластичности, т,е. при P > I Pil модель деформируется, а при Р< I PT I модель не деформируется.

З0 Заменив силу на напряжение, получают реологическое уравнение модели

o < а, — cr, (модель не деформируется при растяжении); а < > — a, (модель не деформируется

r.ри сжатии).

Тем самым предлагаемое устройство описывает поведение пластических тел при наличии внутренних напряжений или тел, имеющих различный предел пластичности

40 при смене знаков деформирования, Использование модели с изменяющимися во времени значениями р и сто дает воэможность моделировать изменение несущей способности смеси (недеформируемости)

45 относительно сжатия и растяжения, определяемой как предел пластичности при сжатии и растяжении и являющейся необходимой величиной при определении допустимых нагоузок при динамических воздействиях на смесь, не приводящих к ее разрушению.

Предлагаемое устройство позволяет изучить механические свойства сред, обладающих внутренним напряжением, таких, например, как ячеистые бетоны.

Формула изобретения

Устройство для моделирования реологических характеоистик материалов, содержащее пассивную механическую модель, 1700444 о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей эа счет. обеспечения воэможностей изучения реологических свойств сред; обладающих внутренним напряжением, оно

poïoëíèòåëüHo снабжено активным элементом, выполненным в виде поршня в цилиндре и установленным параллельно пассивной механической модели и жестко связанным с ней, и задатчиком >.,авления, 5 подключенным к емкости цилиндра активного элемента.

1700444

Составитель Л. Ульянов

Техред М.Моргентал Корректор Э. Слиган

Редактор И. Шулла

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 4462 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5