Модель пористого тела

 

Изобретение относится к исследованию пористых материалов методом моделирования и позволяет повысить точность физического подобия структур натурного бетона и цементного камня. Модель состоит из соединенных ячеек, полость которых образована тремя взаимно перпендикулярными каналами . Каждая ячейка имеет форму усеченной пирамиды, угол наклона боковых граней которой равен 38-75 . Суммарный объем полостей каналов связан с суммарным объемом ячеек следующей зависимостью: т п /8 (1+sin ot)- + (l-sin cc) cos ci ) (l+sinV + + sin oi) , где m - пористость модели. об - угол наклона граней. 1 табл. , 2 ил.

СО(ОЗ СОВЕТСКИХ

СО(.1ИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (191 (11) (51) 4 G 09 В 25/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3657223/28-12 (22) 24.10.83 (46) 23.06.86. Вюл. У 23 (71) Проектный и .научно-исследовательский институт Донецкий Промстройниипроект (?2) О.А.Пристромко и Я.О.Пристромко (53) 621,224(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

11 423388, кл. G 09 В 23/10, 1972. (54) 11ОДЕЛЪ ПОРИСТОГО ТЕЛА (57) Изобретение относится к исследованию пористых материалов методом моделирования и позволяет повысить е точность физического подобия структур натурного бетона и цементного камня. Модель состоит из соединенных ячеек, полость которых образована тремя взаимно перпендикулярными каналами, Каждая ячейка имеет форму усеченной пирамиды, угол наклона боковых граней которой равен 38-75 . Суммарный объем полостей каналов связан с суммарным объемом ячеек следул ф ющей з ависимостью: m= п /8 (1+s in a)-cos О(+ (1-sin ц(,) cos са ) ° (1+sin g+

+sin z), где m — пористость модели, (, — угол наклона граней. 1 табл., 2 ил.

1239745

Изобретение относится к исследованию пористых материалов методом мо делирования.

Цель изобретения — повышение точности физического подобия структур натурного бетона и цементного камня, На фиг, 1 изображена модель (для лу цпей наглядности некоторые полости не показаны),общий вид; на фиг,2сечение ряда ячеек в плоскости ZX, где а, Ь, h и с — геометрические (I параметры ячейки, h — высота канала, Пористый материал делят на элементарные пустотелые ячейки в виде усеченной пирамиды..Такая форма ячейки основана на следующем. Искусственные пористые материалы чаще всего образуются иэ сыпучих материалов, Последние в насыпном состоянии имеют форму усеченного конуса. В процессе изготовления различных иэде— лий округлые формы в большинстве случаев преобразуются в многоугольные и на основе конуса образуются многогранники, С целью упрощения модели принят один вид многогранника — усеченная пирамида.

С точки зрения геометрии модели угол наклона боковых граней усеченной пирамиды g, равен углу естественного откоса сыпучих материалов, Так как по величине последнего косвенно определяют угол внутреннего тре-.ния материала (p то для модели справедливо допущение о равенстве К =(, Известно также, что угол внутреннего трения материалов возрастает с увеличением их плотности, При достио жении максимальной величины1 =90 плотность материала наибольшая и элементарная ячейка может принять форму куба. С учетом этого приняты слео дующие допущения: при =90 ш=О, а при сс =0 ш=шах, По известному определению пористость ячейки рассчитывают по отношению: суммарный объем шести усеченных конусов к объему усеченной пирамиды.

Так как нижние основания конусов значи. тельно больше верхних,то величиной по- следних при выполнении расчетов пренебрегают.Поэтому уравнение для определения суммарного объема конусов име- . ет. следующий вид:

Я(Ка) h 7(КЬ) h

gV = — — — — + — — — — -+

24 24 (Кс Ь

Коэффициент К учитывает изменение диаметра конуса. С учетом принятых допущений при =О, К=l, а при

М=90 К=О. Отсюда вытекает, что с до5 статочной точностью для модели К=

=соя М, Для решения уравнения (1) опреде ляют необходимые параметры (а-b) tg K à-b

2 2cosoC (a+b) sin. c

4

Производят математические преобразования уравнения (1):

»а сояЫ. (а-b)tgy кон Ь cps è, (a-b)tgо 4ысоягос

20 + с - — --- -- +

24 2 12 (a-b) (а+Ь соя к г

1- — ы

4соя ос

» cos ф tggga-Ь а +b 2

48

» яро (а-b) (а+Ь

48

30 Объем усеченной пирамиды находят по известному выражению (S(+ S(S +S )h= !

»»р г г г (a-b) tg oL

35 = — (а -+аЪ+Ь ) э -- —-3 2 (3) (а-Ь (а +аЬ +Ь е 6

40 В соответствии с приведенным определением пористости ячейки и с учетом выражений (2) и (3) имеют

2V ыоы соя сс .tgaga-Ъ а +Ь 2

1 »ыр

48

45 х б

+ (a-Ь) (a +ab+b ) tg М г г 2 (а +Ь . cos Ф+ (а -Ь cos 4

+ (4)

8 а +аЬ+Ь г

Анализ полученного уравнения показывает, что пористость ячейки зависцт от величины стороны верхнего основания усеченной пирамиды и угла

55 наклона ее боковых граней, Соотношение этих параметров для различных материалов неодинаково. Оно зависит от природы материала, усилия его уп1239745 (5) 4 (1+sin Ф)-cos о + 1-sin Kj

l+з in a+sin g где n — пористость модели, т4 — угол наклона граней.

Коэффициеит фильтрации Водит см/с

Пористость я отиосительныи единицах

Расчетиая

Эксперииентальная

«1

2 по оси

Х

В

К! т Т" I.

0,376

0,183 О, 174 . 0,357 2,1

4,9 10 Э,2

0,098 1,6 10

0,066 0,037 0,103

0 031 0 012 0,043

3,57

0,049 4,46 !О

0,97 10 4,5

5,17

От029 1 ° 25 10 Оа!03"!О 12tl

0,018 0,004 0,022 9,0 ат - лоРистость по оси 21 m< " to Ятет по осЯи Х Я Уj а " оотааЯ поРистость, лотнения (прессование, вибрация и т.п.) и условий формирования плот-! ной части структур пористого материала.

С целью исключения неопределенных

- параметров и и b из уравнения (4) для конкретных материалов (плотный бетон и цементный камень) выведена зависимость b=a(1-cos g), С ее учетом получен окончательный .вид уравнения (4): л 4 7 . 4 1+зiп к cos м+ 1-sin 4) cps K

8 1+s inÚ +s in М

Проверка предлагаемой модели производится по результатам испытаний изделий из плотного бетона и цементного камня, Пористость этих материалов выбирается в пределах максимально возможных реальных значений (от

0,022 до 0,36)

В процессе экспериментальных исследований производят определения угла внутреннего трения бетона и цементного камня, их пористость и проницаемость воды в различных направлениях °

Расчетные и экспериментальные данные приведены в таблице °

Ф о р м ул а и з о б р е т е н и я

Модель пористого тела, состоящая из соединенных ячеек, полость кото-!

О рых образована тремя взаимно перпендикулярными каналами, :о т л и ч а" ю щ а я с я тем, что, с целью повышения точности физического подобия модели структур натурного бетона и цементного камня, каждая ячейка имеет форму усеченной пирамиды, угол наклона боковых граней которой о равен 38-75, а суммарный объем полостей каналов связан с суммарным

20 объемом ячеек следующей зависимостью:

l 239745

Составитель Р,ужвий

Редактор Н,Бобкова Техред Н.Бонкало Корректор А.Обручар

Тираж 455 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

ll3035, Москва,Ж-35, Раушская наб., д, 4/5

Заказ 3400/51

Производственно-полиграфическое предприятие, г, Ужгород, ул. Проектная, 4