Способ определения реологических характеристик неупругих материалов Советский патент 1990 года по МПК G01N11/00 

1

(21)4393475/31-25

(22)21.03.88

(46) 30.07.90. Бюл. N 28

(71)Институт горнего дела СО АН СССР

(72)А.Ф.Ревуженко

(53)532.137 (088.8)

(56)Авторское свидетельство СССР № 1226163, кл. G 01 N 11/00.

Авторское свидетельство СССР № 319880, кл. G 01 N 11/00.

(54)СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РЕОЛОГИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК НЕУПРУГИХ МАТЕРИАЛОВ

(57)Изобретение относится к области исследования реологических свойств

различных материалов, в частности к способам оценки реологических параметров неупругих, упругопластических, нелинейновязких и других подобных материалов. С целью упрощения способа материал деформируют между двумя поверхностями, подвижной и чепсдвижной, причем в качестве неподвижной поверхности используют наклонную плоскость, а в качестве подвижной - цилиндрическую гибкую оболочку, в которую помещают образец испытуемого материала. Скатываясь по наклонной плоскости вниз под действием собственного веса и пригруза, капсула с материалом деформируется и в поперечнике приобретает форму эллипса. 4 ил.

с &

(Л

Изобретение относится к области исследования реологических свойств различных материалов, в частности к способам оценки реологических параметров неупругих, упругопластических, нелинейновязких и других подобных материалов. С целью упрощения способа материал деформируют между двумя поверхностями, подвижной и неподвижной, причем в качестве неподвижной поверхности используют наклонную плоскость, а в качестве подвижной - цилиндрическую гибкую оболочку, в которую помещают образец испытуемого материала. Скатываясь по наклонной плоскости вниз под действием собственного веса и пригруза, капсула с материалом деформируется и в поперечнике приобретает форму эллипса. 5 ил.

Изобретение относится к исследованию реологических свойств различных материалов, в частности к способам оценки реологических характеристик неупругих, упруговязкопласти- ческих, нелинейновязких и других подобных материалов, и может быть использовано, например, в химической промышленноети или в другой отрасли, связанной с обработкой сложных реологических сред, а также в учебном процессе при демонстрации реологического поведения различных сред.

Цель изобретения - упрощение способа определения реологических свойств npi одновременном расширении номенклатуры испытуемых материалов.

В основе способа лежит течение под действием скатывающей силы веса

I

материала и пригруза, который может

быть и нулевым. Сдвигающие напряжения вызывают деформирование материа- . ла и в конечном счете это приводит к движению оболочки с материалом вниз.

Деформирование материала сопро- вождается диссипацией энергии, необратимым ее рассеянием за счет уменьшения потенциальной энергии капсулы с пригрузом.

На фиг. t представлена схема испытания без пригруза; на фиг. 2 - схема испытания с дополнительной нагрузкой на подвижной поверхности; на фиг. 3 - график скорости смещения капсулы в зависимости от скатывающей силы (sin o( ) - деформирование меда; на фиг. 4 - график скорости смещения капсулы в зависимости от скатывающей

СП

оо

ГчЭ

vj

00

силы (sin«) - деформирование свежего жидкого теста из пшеничной муки.

Способ осуществляют следующим образом.

Заполняют испытуемым материалом гибкую цилиндрическую оболочку, например, из тонкой резины, толщиной 0,06 - 0,1 мм. Закрывают оболочку герметично, полученную капсулу 1 с образцом материала размещают на плоской поверхности 2 так, чтобы образующая цилиндрической капсулы 1 была перпендикулярна направлению наибольшего ската (см. фиг. 1). Под действием силы тяжести оболочка приобретает форму, близкую к эллиптической. Наклоняют плоскость под углом о( к горизонту (фиг. 1). Капсула под действием силы тяжести начинает перемещаться вниз по направлению наибольшего ската. При этом капсула перекатывается подобно гусенице трактора, ее форма переходит сама в себя и остается неизменной. Участок разгона, незначительный для малых скоростей, из рассмотрения исключается. При таком способе нагру- жения напряженно-деформированное состояние материала будет стационарным и близким к однородному. Однородность деформаций - это главное требование к реометрическим измерениям. В этом случае не представляет принципиальных трудностей интерпретация результатов измерений. Если требуется только сравнительная оценка реологических свойств материалов либо оценка эволюции свойств во времени одного и того же материала, то таки сравнения можно сделать непосредственно из скорости скатывания различных образцов.

Пример . В качестве испытуемого материала использовали мед и тесто из пшеничной муки. Капсула имела размеры (фиг. 2): длина L (большая ось эллипса) - 0,06 м; высота Н (малая ось эллипса) - 0,02 м. Перемещение капсулы вниз по наклонной плоскости производили на расстоянии 0,41 м. Время t перемещения зависит от свойств испытуемого материала и угла наклона плоскости к горизонту. По результатам измерении вычисляли скорость V перемещения, устанавливали зависимость скорости скатывания, пропорциональной деформации, от угла

5

0

5

0

5

0

5

0

5

наклона. Если с увеличением угла с( скорость остается равной нулю, т.е. капсула находится в покое, то это свидетельствует о наличии порога текучести (или предела текучести). Если скорость пропорциональна sin о/, то это свидетельствует о том, что жидкость относится к классу ньютоновских. Если же скорость скатывания растет быстрее или медленнее, чем sin d , то испытуемый материал относится к классу дилатантных жидкостей или псевдопластических сред и т.д. Некоторые материалы, например тесто густое, деформируются предлагаемым способом лишь при условии, что оболочка нагружена сверху. Тогда придавливали капсулу сверху плоской доской с укрепленным на ней грузом . Нагрузка должна воздействовать на капсулу в течение всего процесса, поэтому доска устанавливалась на катках, как показано на фиг. 2. По результатам измерений строили графики зависимости скорости деформирования от угла наклона (фиг. 3 и 4).

Осуществление деформирования материала вместе с деформированием оболочки, в которую он помещен перед испытанием, позволяет достичь напряженно-деформированного состояния, близкого к однородному, и расширить номенклатуру испытуемых материалов. Кроме того, устройство, реализующее предлагаемый способ, характеризуется простотой, в результате чего упрощается способ.

Формула изобретения

Способ определения реологических характеристик неупругих материалов, при котором материал деформируют между подвижной и неподвижной поверхностями и по углу между перемещаемой и горизонтальной поверхностями судят о зависимости между вязкостью неньютоновской жидкости и скоростью деформации, отличаю щ и и - с я тем, что, с целью упрощения способа, материал помещают в цилиндрическую капсулу из гибкого материала и располагают на наклонной плоскости образующей перпендикулярно направлению наибольшего ската, деформируют материал путем перемещения капсулы под действием силы тяжести и пригруза

подвижной поверхности, по углу наклона плоскости и скорости перемеще- материала.

I I

ния судят

Фаг. 1

10

№Ю м1сек

11Ю н1сск)

0,08115е) 0,tt(8°j 0,22113°) 0,27/16) 0,34(20°)

Фиг.3

материала.

ния судят о реологических свойствах

Фиг. 2

slnoCfazpad)

U-W1 М/сек1см/сек)

Ofl87f5°} Q, 0,22(73°) 0,27/76) QJ4/ZO ) Фиг.4

sLndfctpad)