Реологическая модель табачной массы Советский патент 1981 года по МПК G01N33/00 

1

Изобретение относится к табачной промьлшленности и предназначено для исследований реологических свойств упругих - вязко-пластических матерйа-с лов, например листовой и резаной табачной массы, и может применяться для изучения упругости, вязкости, пластичности и релаксации напряжений и деформаций. Она также может применять|0 ся для исследований реологических свойств естественных и искусственных волокнистых материалов с упругими вязко-пластическими характеристиками.

Известна реологическая модель tl 15 табачной массы, включающая поршень с цилиндром, заполненным воздухом, к которому последовательно подсоединена цилиндрическая пружина, указанные элементы соединены последовательно с кон20 туром, в котором произведено параллельное соединение цилиндрической пружины и поршня с цилиндром, заполненным вязкой жидкостью, далее к контуру последовательно соединен еще 25 один поршень с цилиндром, заполненным вязкой жидкостью. Реологическое поведение табачной массы при дефоркмровании указанная модель описывает ;как упругое вязко-пластическое рео- 30

логическим дифференциальным уравнением

d sjp/- :LUi2..s

laJ t.l.

а

Е.Еа

d

-Е. cS-t

la

at где ц - время;

Е-,2 модули упругости; 1la вязкость.

Недостатком известной модели является то, что деформационное ийЗведэеэ- ние реёшьных материалов представ1яжется через деформации соответствукнцих глеханических элементов -упругость пружина, вязкость - повяяель с цдашлдром, заполненным вязкзй кшдщкосф &ю, пластичность (т:даедел ) элемент сухого .

Реальные ко1ял®идные катаиллярнопористые материааш, к кот-орым относится и табачная масса, при изменении гигротермическ-ого состояния меняют реологические параметры, т.е. вязкость, упругость, пластичность и предел текучести. Указанные параметры изменяются также и с изменением напряжений, так как это приводит к изменению плотности материалов, а поэтому для описания их деформационного поведения необходимо применять семейство механических моделей. Приложение сжимающей или растягива1Ш}ей нагрузки вызывает перемещение элементов модели и ее деформирование которое связано с появлением напряже ний, причем в элементах упругости (пружины и элементы сухого трения) энергия накапливается, а в элементах вязкости цилиндр с поршнем и вязкой жидкостью диссипирует. При снятии нагрузки накопившаяся в упругих эле1лентах энергия расходуется на восста новление первоначального тюложения элементов модели. Производя последовательные циклы нагружения и разгрузки и измеряя в определенные промежуткивремени деформацию модели, строят в координатак деформация - время кривую пол зучести. Механические модели, представляя картину поведения реального материала при деформировании и снятии нагрузки, обладают рядом существенных недостатков: требуют прецизи онного изготовления всех элементов с подбором специальных материалов; жидкостные элементы требуют частой смены вязких жидкостей с проьвлвкой элемента, так как в процессе работы вязкость жидкостей меняется; особен но сложны в изготовлении элементы сухого трения) наличие собственного трения в соединительных узлах (втул ки, шарниры) искажает реальную картину реологического поведения/ не дают возможности получить прямым пу тем кривдю ползучести, она строится графически; известная модель не соде жит элемента предела текучести, хотя ресшьный материал обладает указанной характеристикой. Цель изобретения - повышение точности определения вязко-упругих свойств табачной массы. Указанная цель достигается тем, что модель содержит элемент предела текучести, выполненный в виде газово го разрядника, а элементы упругости и вязкости представляют собой соответственно конденсато| ы на сегнетодиэлектриках и перекенные резисторы при этом элементы соединены в схему так, что соответствует уравнению -r(( где Б - электродвижущая сила; J - сила тока; Rj - переменное сопротивление) описывающее вязкость в элементе запаздывания упругости;переменное сопротивление, описыва{а1цее вязкость элемента Ньютонаi переме н ное сопрот и вле н ие, описывшэщее вязкость в элементе пластичности; С ;C-,C4,C.j- - емкости в соответствующих целях, описывающие ГУковекую Упругость, запаздывающую упругость, упругость вязкой податливости и упругость предела текучести;- постоянные времени. fti Rfc; Кроме ТОГО, напряжение на сетке гадго разрядника сдвинут по фазе на л 180° по отношению к напряжению да. Деформационное поведение реальных ериалов в предлагаемой модели опиают : дефррмация ё. ; количество элекчества Q; напряжение S} электрожущая сила Б; скорость деформации ; ток 3 ; податливость- ; емкость вязкость,} сопротивление R, претекучести V; газовый разрядник а тиратрона. На чертеже представлена электрикая реологическая модель для упих вязко-пластических материалов. 1Юдель содержит элемент 1 упругой атливости, элемент 2 запаздываюупругости, и элементы 3-5 соотственно вязкости, вязкой податлити и пластичности. Зависимость ЭДС от Q в цепях модеописывается следующими параметрикими уравнениями E{t)-Q,(t) ; )- E(t) -, E(t)-((t) , E(t)(t). Решение параметрических уравнений условии Poff-V-i V дает логическое уравнение 1 юдели вида « fc4cwl- / at и, RS) V. , О) «Г ( Qij Ди, - количество электричества и сила тока в цепи; описывакхцей упругую податливость;

. - то же, в цепи, описывгиощей запаздывающую упругость,

. - то же, в цепи, описывающей вязкость элемента Ньютона)с

0,. - то же, в цепи, описывающей вязкую податливость) Q5,D5 - то же, в цепи, описывающей пластические свойства с пределом текучести. JQ Конденсаторы модели выполнены на егнетодиэлектриках, которые меняют вою ёмкость в зависимости от темпеатуры и электрического напряжения, а резисторы - переменного сопротивлеия, что соответствует поведению ре- 5 льных материалов, описываемых предагаемой моделыд, которые меняют реоогические характеристики в зависиости от температуры и вызванных в них механических напряжений. 20 Модель работает следующим образом. Модель подключается к осциллограу с запоминающим устройством и на ее вход подается напряжение, в это время в цепях, описывающих упругие 25 свойства, происходит накопление заряа, а в цепях, описывающих вязкие свойства, энергия диссипирует. На сетку газового разрядника, элемент 5, подается напряжение, сдвинутое по JQ азе на угол 180 по отношению i напряжению анода. Разрядник зажигается, когда напряжение достигает критического значения (т.е. когда механическое напряжение в реальном материа- , ле превышает предел текучести) , и горит до конца полупериода/ что соответствует времени нагружения модели.

Цепь, описывающая пластические свойства с пределом текучести, срабатывает, имитируя прохождение предела 0 текучести реального материала и тем сасамым - остаточную пластическую -деформацию. В момент, когда газовый разрядник гаснет, напряжение с модели снимается и накопленный в цепях 45 заряд растекается, а энергия диссипирует.

Осциллограмма, остановленная на экране осциллографа при помощи запоминаквдего устройства, является решени- о ем реологического уравнения (1) и есть кривая ползучести реального материала. Измеренные в цепях модели тока в период нагрузки ее и снятия электрического напряжения и расшифровна осциллограмма позволяют получить необходимые данные, используя которые и известные физические зави- симости, можно перейти к реологическим параметрам реального материала.

Предлагаемое изобретение не требу- 60 ет прецизионного изготовления сложных механических элементов, описцвает реологические свойства материгшов в различном гигротермическом состоянии за счет применения сегнетодиэлек- 65

триков и резисторов переменного сопротивления и сдвига фаз напряжения в газовом разряднике. Кроме того, дает автоматическое решение реологического уравнения на осциллограмме, повышает точность результатов в связи с отсутствием трения и вводом элемента предела текучести и значительно упрощает изучение реологических переменных и коэффициентов.

Формула изобретения

1. Реологическая модель табачной массы, включающая элесленты упругости и вязкости, отличающаяся тем, что, с целью повышения точности определения вязко-упругих свойств табачной массы, она содержит элемент предела текучести, выполненный в виде газового разрядника, а элементы упругости и вязкости представляют собой соответственно конденсаторы на сегнетодиэлектриках и переменные резисторы, при этом элементы соединены в схему так, что зависимость между количеством электричества и электродвижущей силой соответствует уравнению

1/,. ifj.. .аЧg -jCS-V-dP iVRa й Ry/dt

-Е(

где Е - электродвижущая сила; Э - сила тока, R - переменное сопротивление,

описывающее вязкость в элементе запаздывающей упругости J РЗ - переменное сопротивление,

описывающее вязкость элемента Ньютона; ft переменное сопротивление,

описывающее вязкость в элементе пластичности ,Сц,С5 - емкости в соответствующих цепях, описывающие Гуковскую упругость, запаздывающую упругость, упругость вязкой податливости и упругость предела текучести;

Ь t

- . X постоянные времени.

2. Модель по п. 1, отличающаяся тем, что напряжение на сетке газового разрядника сдвинуто по фазе на угол 180 по отнесению к напряжению анода.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Пашков B.C. и Авакян Э.Р. Реологическам модель табачной массы. Пищевая технология. Известие высших учебных заведений, 1970, И 4, с. 130-132.

4 У

Ц