Способ определения реологических характеристик дисперсных сред
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РЕОЛОГИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ДИСПЕРСНЫХ СРЕД путем погружения индентора в исследуемую среду с постоянной скоростью . и измерении глубиныпогружения, которая соответствует нагрузке, действующей на индентор, от л-и -ч а ю щ и и с я тем, что, с целью повышения эффективности способа, исследуемую дисперсную среду укладывают послойно с отмеченными границами раздела слоев и после окончания деформации снимают картину области сдвига исследуемой среды, по которой определяют реологические характеристики. (Л
09) (П1
СОЮЗ СОВЕТСНИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ
РЕСПУБЛИН
3(5П С 01 N 11
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
М Ьлнц i. ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОЬРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3509429/18-25 (22) 05,11.82 (46) 15.02.84. Бюл. 9 б (72) И.И.Берней и В.В.Белов (71) Калининский ордена Трудового
Красного Знамени политехнический институт (53) 548. 137 (088. 8) (56) 1. Ребиндер П.А °, Семененко H.À.
О методе погружения конуса для характеристики структурно-механических свойств пластично-вязких систем."ДАН СССР" т. 64, 1949 Р б, с.б870.
2. Берней И.И. Исследование струк. турно-механических свойств пластично-вязких сред на конических пластомерах. - "Строительные материалы", 1973, 9 7, с. 45-47 (прототип). (54)(57) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ PEDJI01 ИЧЕСКИХ XAPAKTEPHCTHK ДИСПЕРСНЫХ СРЕД путем погружения индентора в исследуемую среду с постоянной скоростью и измерении глубины погружения, которая соответствует нагрузке, действуюшей на индентор, о т л.и ч а ю— шийся тем, что, с целью повыше. ния эффективности способа, исследуемую дисперсную среду укладывают послойно с отмеченными границами раздела слоев и после окончания деформации снимают картину области сдвига исследуемой среды, по которой определяют реологические характеристики.
1073625
Изобретение относится к техничес- кой физике, преимущественно к реологии дисперсных систем,и может быть использовано при измерениях реологических характеристик дисперсных систем на конических пластометрах.
Известен способ определения предельного напряжения сдвига дисперсных систем (1), заключающийся в погружении конуса а исследуемый образец под постоянной нагрузкой и измерении глубины погружения. Определение предельного напряжения сдвига производится по формуле
Р
Рщ Khz 15 где P — предельное напряжение сдви
N га;
P — нагрузка, действующая на конус;
1>,„ — глубина погружения конуса; 20
I(-- постоянная, зависящая от угла при вершине конуса.
Существенным недостатком этого способа является влияние на результаты измерений силы инерции движуще- 75 гася с переменной скоростью конуса.
Наиболее. близким к предлагаемому является способ определения реологичаских характеристик дисперсных сред путем погружения индентора в иссле- щ дуамую среду с постоянной скоростью и измерении глубины погружения, которая соответствует нагрузке, действующей на индентор.указанный способ позволяет уменьшить влияние си;л инерц..iè конуса на результаты измерений f2) .
Однако при этом способе измерения остаются неизвестными ° размеры области, в которой наблюдается сдвиг ис— следуемой среды при движении в ней . 4О конического индентора, что не дает воэможность определить градиент скорости сдвига а следовательно, другую важнейшую реологическую ха рактеристику — вязкость. 45
Целью изобретения является повышение эффективности способа. Укаэаннas: цель достигается тем, 50 что согласнс способу определения реологических характеристик дисперсных сред путем погружения индентора в исследуемую среду с постоянной око ростью и измерении глубины погружения которая соответствует нагрузке, действующей на индентор, исследуемую дисперсную среду укладывают послойно с отмеченными границами раздела слоев и после окончания деформации снимают картину области сдвига иссле-. дуемой среды, по которой определяют реологические характеристики.
В случае использования конического индентора предельное напряжение сдвига и вязкость рассчитывают по полученной формуле 65 где P — нагрузха, действующая на конус;
h — глубина погружения конуса, и
<. — предельное напряже ние сдвига; вязкость; Ll< — скорость погружения конуса;
2 — угол при вершине конуса;
2 p — - угол, образованный границами эоны деформирования среды.
Согласно уравнению (2) для определения предельного напряжения сдвига и вязкости необходимо измерить две глубины погружения конуса при двух действующих на него нагрузках.
Величина угла 8 определяется по фотографиям рассеченной лунки, На фиг ° 1 изображены траектории движения частиц среды в зоне внедрения конического индентора, на фиг.2 расчетная схема линии тока.
Пример. Молотый кварцевый песок с удельной поверхностью 2800 см /r и влажностью 103 засыпают в форму слоями. После засыпки слой уплотняют давлением 0,1 МПа. На поверхности первого слоя толщиной 3 мм создают слой толщиной 1 мм того же материала, окрашенного в контрастный цвет раствором туши в воде. На окрашенный тонкий слой засыпают неокрашенный слой и т.д, Затем для лучшего сцепления слоев и выравнивания поверхности образец уплотняют давлением 1 МПа.
В образец, изготовленный указанным способом, при помощи малоинерци— онного конического пластометра f2) погружают конус с углом при вершине
30 при следующих значениях скоросо ти погружения: 0,029, 0,058,, 0,117 см/с, и измеряют глубину погружения конуса, соответствующую действующей на него нагрузке. После извлечения конуса из лунки последнюю рас секают и фотографируют.
Полученные по фотографиям траектории движения частиц среды в зоне внедрения конуса показаны на фиг.1.
Частицы среды, прилегающие к поверхности конуса движутся вместе с посР ледним, а на определенном расстоянии от поверхности конуса, где линии то-, ка переходят в горизонтали, они неподвижны. Следовательно, во всем деформируемом объеме происходит сдвиг.
При этом поверхность скольжения 1-I, разделяющая деформируемый и недеформируемый объемы среды, есть поверхность конуса, вершина которого совпадает с вершиной конического индентора, а угол между поверхностью скольжения и вертикальной осью равен
Метки (репера) на горизонтальных осях материала, образованные путем
1073625
Ск.орость погру жения конуса (ux) см/с
Нагрузка дей1 ствующая на конус (P), Н
Глубина погружения конуса (h),см
Предельное напряжение сдвига(2), МПа
Вязкость
Р.10-4
Па с
32,4 0,967
0,347 0,284
0,058 12,6 0,580
29,7 0,928
22,5 0,807
40 (5) BHHHGH Заказ 318/40 Тираж 823 Подписное
Филиал ППП "Патент", г. ужгород, ул.Проектная, 4 вертикального пОгружения в образец стальной. пластины толщиной 0,1 мм и шириной 3 мм, показывают, что частицы среды при погружении конуса движутся вертикально. Следовательно, скорости движения точек среды, расположенных на одной горизонтальной плоскости, изменяются от величины ,6, .равной скорости погружения конуса у поверхности последнего, до нуля у поверхности скольжения по закону прямой (фиг.2), Иэ граифка скоростей на фиг.2 сле. дует, что (Ь-z) t 8 -x
11" (Б-г сдР«йд Д () 15 где П - скорость движения точки среды с координатами х и z;
h - глубина погружения конуса;
2к, — угол при вершине конического индентора. 20
Применив для описания условий деформирования среды под конусом уравнение Шведова-Бингама, получим
dP, 80
dS 7 ах (4) 25 где Р— усилие, действующее на конус;
S — поверхность конуса и
7 предельное напряжение сдвига; вязкость;
dtl градиент скорости сдвига.
Подставив в уравнение (4) значение
dU 35 полученное дифференцированием ах выражения (3), и величину dS=27tgofx
>(h-z) dz после интегрирования получим
КР 2 „Uq ь + ------- ь п2 р- к .
1 где K=----etym
Величина угла p,,полученная по фотографиям для указанной среды составляет 40 °
Экспериментальные данные и рассчитанные по ним эначения предельного напряжения сдвига и вязкости сведены .в таблице .
0,029 11,9 0,552 0,347 0,65
0,117 13 1 0,600 0,347 0,142
Предлагаемый способ позволяет определить на коническом пластометре не только предельное напряжение сдвига, но и другую важнейшую реологическую характеристику дисперсных систем — вязкость, т.е. превращает конический пластометр в пенетрационный вискоэиметр. Это значительно расширяет технические воэможности и область использования конических пластометров в различных отраслях промышленности.
