Способ определения показателя концентрации напряжений сыпучих материалов Советский патент 1991 года по МПК G01L11/00 

Изобретение относится к измерительной технике.

Цель изобретения - повышение достоверности результатов с путем учета сил тре- ния между поверхностью сыпучего материала и штампом.

На чертеже показана схема устройства для реализации способа.

Устройство для реализации способа содержит станину 1, на которой укреплена по- лусферическая камера 2 с сыпучим материалом 3. На сыпучий материал устанавливают нагрузочное приспособление 4 со сменным штампом 5. Напряжение, возникающее в материале после приложения к нему нагрузки, при помощи тензодатчика 6 фиксируется на измерительном приборе.

Способ определения показателя концентрации напряжений сыпучих материалов осуществляется следующим образом.

Расчетом установлено, что исследуемое вещество (угольная шихта) подвергается уплотнению при давлении 1,0 КПа. Определение показателя концентрации напряжений при этом уплотняющем давлении производят следующим образом. Угольную шихту 3 загружают в полусферическую камеру 2. На горизонтальную поверхность материала (после разравнивания) устанавливают круглую пластину для подпрессовывания. Диаметр ее несколько меньше диаметра полусферы для обеспечения кругового зазора, гарантирующего отсутствие контакта пластины со стенками камеры. Вес пластиON Ю О Ю Ю

ны соответствует подпрессовывающей нагрузке 1 КПа.

После завершения процесса уплотнения (около 10 мин) пластину снимают с поверхности сыпучего материала. Далее к ней прикладывают испытательную нагрузку поочередно через штампы различных размеров. Измерение напряжений осуществляют на уровне внутренней поверхности полусферической камеры, а также в слое шихты на расстояниях 0,1; 0,2; 0,3; 0,4; 0,5 радиуса полусферической камеры от ее внутренней поверхности вдоль вертикальной оси симметрии.

При увеличении площади штампа, через который прикладывается одна и та же постоянная по величине испытательная нагрузка, величина измеряемых напряжений должна закономерно снижаться. Данные измерений показывают, что значения напряжений, замеряемых на уровне внутрен- них поверхностей полусферы и на относительно небольшом расстоянии от нее, не подчиняются этой фундаментальной закономерности, а изменяются скачкообразно и хаотично. Аналогичным образом изменяются и определяемые по ним величины показателя концентрации напряжений. Это позволяет сделать вывод о том, что на уровне внутренней поверхности полусферы и в относительной близости от нее действуют случайным (зависящим от параметров используемой установки) образом перераспределенные напряжения, поэтому использовать их для расчета показателя концентрации напряжений не следует.

С ростом расстояний от места замера до внутренней поверхности полусферы в интервале (0,2-0,4)R величины замеряемых на- пряжений закономерно снижаются при увеличении площади штампа, через который приложена нагрузка, а-рассчитанные по ним значения коэффициента распределенной способности стабилизируются практически на одном уровне. При увеличении расстояния от 0,4 радиуса полусферы и выше слой сыпучего материала (толщина которого по оси замера существенно снижалась) становимся непрочным, штампы проваливаются в него, не давая возможности получить достоверные результаты. Замер напряжений целесообразно производить на расстоянии 0,2-0,4 радиуса полусферы от ее внутренней поверхности.

Показатель концентрации напряжений определяют по формуле

v

ln(1-Gz/q) 1

7+ (a/Z

где Z - расстояние от точки замера до центра штампа, м;

а - радиус штампа, м;

q - испытательное напряжение, Па;

Gz - напряжение, возникающее в слое

материала, Па.

При анализе экспериментальных данных видно, что величина показателя концентрации напряжений при увеличении

диаметра штампов закономерно возрастает, что объясняется влиянием сил трения по поверхности контакта штамп-сыпучий материал. Чтобы исключить влияние этого фактора, и получить значение показателя

концентрации напряжений, являющееся характеристикой самого сыпучего материала, без учета этих сил, необходимо получить это значение для штампа, площадь которого, а следовательно, и величина сил трения достаточно мала.

В общем случае при невозможности использования штампов достаточно малой величины (для непрочных материалов) и значительных величин испытательных нагрузок аппроксимируют зависимость коэффициента распределительной способности линейной функцией

v A+B-S, где S - площадь штампа;

А и В - эмпирически полученные величины.

За окончательное значение показателя принимают его величину при площади штампа, стремящейся к нулю.

Формула изобретения

Способ определения показателя концентрации напряжений сыпучих материалов, включающий формирование слоя исследуемого материала в полусферической

камере, приложение испытательной нагрузки через круглый штамп и измерение механического напряжения в сыпучем материале, отличающийся тем, что, с целью повышения достоверности результатов путем учета сил трения между поверхностью сыпучего материала и штампом, дополнительно до приложения испытательной нагрузки сыпучий материал прессуют, а испытательную нагрузку прикладывают через штампы различных диаметров, при этом измерение механических напряжений производят в слое сыпучего материала, находящемся на расстоянии Z от внутренней поверхности полусферической камеры по вертикальной оси

симметрии, определяемой из соотношения

Z (2,0...0,4)R.

где R - радиус полусферической камеры, причем для каждого штампа экспериментальный показатель концентрации напряжений Vic определяют по формуле:

r ln(1-Gz/q)

In ( . 1)

+(3/2)2

где Z - расстояние от места измерения напряжения до центра штампа;

а - радиус штампа;

q - испытательное давление;

k - номер штампа;

Gz-измеренное напряжение в слое сыпу- чего материала, затем производят графическую аппроксимацию экспериментальных

значений показателей концентрации напряжений в соответствии с функцией VK - f(S), где S - площадь штампа, показатель концентрации напряжений сыпучего материала определяют при S 0 по графику аппроксимации.

Изобретение относится к измерительной технике и позволяет определять коэффициент распределительной способности сыпучих материалов. Цель изобретения - повышение достоверности определения величины коэффициента распределительной способности сыпучих материалов, Для этого после формирования слоя исследуемого материала в полусферической камере его под- прессовывают, затем к материалу прикладывают испытательную нагрузку через штампы различных диаметров, замер напряжений осуществляют непосредственно в слое сыпучего материала на расстоянии 0,2-0,4 радиуса полусферической камеры от ее внутренней поверхности вдоль вертикальной оси симметрии. Коэффициент распределительной способности получают экстраполяцией при стремлении к нулю площади штампа. 1 ил. ш w Ё