Устройство для моделирования реологических характеристик материалов Советский патент 1991 года по МПК G01N11/00 

/

ё

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

7

/

и.

Фиг.4

/

VI О

g

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

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

На фиг.1 представлена принципиальная схема устройства для моделирования вспучивающийся вязкой среды; на фиг.2 - то же, упругой среды, обладающей внут- ренними напряжениями; на фиг.З - то же, пластической среды с различными пределами пластичности при сжатии и растяжении; на фиг.4 - функциональная схема активного элемента; на фиг.5 - график изменения ско- рости удлинения модели вспучивающейся вязкой среды в зависимости от уровня внешней нагрузки во времени; на фиг.6 - 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 вяз- кого 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, напол- ненный 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, к1 которым может прикладываться внешняя нагрузка Р.

Устройство работает следующим образом.

к равномерному движению поршня вязкого элемента 1 по закону

Р0 /г А О,

где ju - коэффициент, пропорциональный вязкости элемента 1;

dU

-т-- скорость удлинения эледи

мента 1, равная скорости удлинения всей модели, т.е. модель деформируется в отсутствие внешних нагрузок.

При приложении к модели внешней нагрузки Р на поршень элемента 1 действует нагрузка, равная Ро- Р, при этом элемент 1 равномерно деформируется уже с другой скоростью по закону

(всюду относят положительный знак нагру- жения к растяжению, а отрицательный знак нагружения к сжатию модели или материала).

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

В отсутствие внешней нагрузки (Р 0) на участке ti to наблюдается удлинение модели со скоростью Ли tg а: при нагрузке сжатием Pi(| Pil I Pol) на участке t2-ti удлинение модели происходит со скоростью AU tg/3; 0 /J а; при нагрузке IP2 IPol на участке t3 - t2 скорость удлинения меняет знак, т.е. модель начинает сжиматься; при нагружении модели растяжением Рз, t t3 скорость удлинения модели превышает таковую без внешней нагрузки, т.е. 6 а;.

Заменив силу на напряжение, удлинение на деформацию, а коэффициент пропорциональности на вязкость получают реологическое уравнение модели

)E ,

где 0ь - внутреннее давление; а - внешнее давление;

de

е скорость относительной деформации;

г} - вязкость.

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

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

процесс вспучивания, так и вырор 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 70, на поршень 5, активный элемент 4 посредством траверс 8 передает нагрузку, равную а0 S Ро, на элемент 2, приводя тем самым к удлинению пружины по закону

Р0 (Е)Ди,

где (Е) - жесткость пружины, т.е. модель находится в напряженно-деформированном состоянии в отсутствие внешних нагрузок.

При приложении к модели внешней нагрузки Р на упругий элемент 2 действует нагрузка, равная Р0 - Р, при этом он деформируется по закону

Р0-Р (Е)Ди.

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

В отсутствие внешней нагрузки (Р 0) на участке ti - to наблюдается удлинение модели Д1Н; при внешней сжимающей нагрузке Pi(0 i Pol) на участке t2 - ti упругий элемент 2 испытывает растяжение, а удлинение модели равно Л U2; при внешней сжимающей нагрузке Р2( iPal I Pol) на участке тз -12 упругий элемент 2 испытывает сжатие, т.е. удлинение модели меняет знак и равно - Д UG; при внешней растягивающей нагрузке Рз 0 на участке t 13 удлинение модели равно ДЩ Ди-|.

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

Оо - О Е б ,

где Е - модуль упругости.

Таким образом, предлагаемая модель описывает поведение упругих тел при наличии внутренних напряжений. Использование модели с изменяющимися во времени значениями 70 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 ре0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

зультате растяжение смеси сменяется сжатием.

Это позволяет подобрать высоту формируемых изделий или вес используемых пригрузов так, что область дефектности материала, связанная с растягивающими напряжениями в смеси (так называемая горбушка) минимальная.

В случае моделирования пластической среды, обладающей различными пределами пластичности при сжатии и растяжении, например сырца газобетона, элемент 4 подключен параллельно модели пластического тела. Задатчик 7 давления создает давлением 70 на поршень 5, активный элемент 4 посредством жестких траверс 8 передает нагрузку, равную (70 S Р, на элемент 3 трения.

При этом предлагаемая модель имеет различный предел пластичности Рт при смене знаков деформации Рт FT - Ро (предел пластичности при растяжении);

Рт -FT- Pi(предел пластичности при сжатии),

где FT - сила трения элемента пластичности,

т.е. при Р |РТ| модель деформируется, а при Р | Рт | модель не деформируется.

Заменив силу на напряжение, получают реологическое уравнение модели

(7 От-оь (модель не деформируется при растяжении);

сг От - сг0 (модель не деформируется гри сжатии).

Тем самым предлагаемое устройство. описывает поведение пластических тел при наличии внутренних напряжений или тел, имеющих различный предел пластичности при смене знаков деформирования, Использование модели с изменяющимися во времени значениями оъ и оч дает воз- можность моделировать изменение несущей способности смеси (недеформируемости) относительно сжатия и растяжения, определяемой как предел пластичности при сжатии и растяжении и являющейся необходимой величиной при определении допустимых на- гоузок 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 характеристик материалов, содержащее пассивную механическую модель,

отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет обеспечения возможностей изучения реологических свойств сред, об- ладающих внутренним напряжением, оно дополнительно снабжено активным элеменд

t

6

Р Фиг.1

i k f

8

ФигЗ

том, выполненным в виде поршня в цилиндре и установленным параллельно пассивной механической модели и жестко связанным с ней, и задатчиком . ЭВЛРНИЯ, подключенным к емкости цилиндра аилив- ного элемента.

7

Фиг 2

.

L

О

AU

Щи г. 6

О

ли

-Ь

-РТ