книги из ГПНТБ / Куликов, С. Я. Сопротивление материалов учеб. пособие

Предел текучести различных материалов может опре­ деляться и при помощи приборов, где реализуется чисты одвиг, или приборов, основанных на выдергивании из ма­ териала плунжера в виде шурупа, цилиндра и пр. Широко распространен прибор Вейлера-Ребиндера, схема которого изображена на рис.4.15. Предел текучести в этом случае определяется по формуле:

м

(9.15) где: LM - действующее напряжение во время опыта

S - площадь пластины

Предел текучести определяют также на приборах ро­ тационного типа с вращающимися друг относительно друга соосными г"линдрами.

В СССР из таких приборов наиболее распространены след щяо: пластовискозометр ПВР-I конструкции В.П.Павлова, вискозоыетры РВ-6 и РВ-7 конструкции М.П.Воларовича, прибор МС-4 О.И.Мещанинова.

Так, испытательный узел прибора ПВР-I представляет со­ бой два соосных цилиндра, зазор между которыми заполн тся исследуемым материалом. Вращение внутреннего цилин ра через слой материала передается наружному, связан ю с торшоном. По мере смещения

наружного цилиндра торсион закручивается и напряже­ ние в материале возрастает до некоторого максимального значения, характеризующего переход от упругой деформации к пластичной. Предел текучести рассчитывают по максимал ному углу закручивания торсиона при помощи формулы:

(10.15)

598

Где: Rf - радиус барабана наружного цилиндра

Rz - радиуо барабана лимба

-диаметр внутреннего цилиндра

С- модуль упругости торсиока

У- максимальный угол закручивания торсиона в делениях шкалы лимба

£. - длина внутреннего цилиндра

С прочности разрушенной структуры судят по устано­ вившемуся значению предела текучести. Вследствие малой величины зазора между соосными цилиндрами (около 2-х м Для большинства приборов этого типа характерна высокая пень однородности скорости сдвига в зоне деформаций (9 Однако на значении предела текучести неразрушенной •труктуры, если исключено ее проскальзывание вдоль сте-

Юк, величина этого зазора не отражается.

Иногда предел текучести дисперсий определяют на пр боре МС-4 (рис.5.15). Основные его отличия от прибора ПВР-I следующиеисключается влияние ча величину концевого

эффекта (касательных напряжений на конце цилиндра) в приборе благодаря наличию двух цилиндро" казной длины, вращаю­ щихся в противоположных направлениях, в качест­ ве динамометра исполь­ зуются стандартные ве­ сы, степень однородности

Рис.5.15.

деформации сдвига в коль­

Схема прибора МС-4. цевом зазоре значительно ниже.

599

При определении предельного напряжения сдвига широко применял метод конического пластометра (рис. 6.15). После освобождения чашки весов от уравновеши­

вающего груза конус по­ гружается в испытуемый образец. Когда сопротив­ ление образца становится раз*'ым весу конуса, по­ гружение последнего пре­ кращается. Напряжение сдвига, соответствующее моменту останова кслуса, язляется предельным. Для его расчета пользуемся формулой:

ду образующими конуса и равная^.%f cfaj. j£

Мк. *

В этой формуле отношение ~~ръг выражает величину конечной пдоац.ди, на которую распределяется вес конус

б) Вязкостные характеристики

Под вязкостными свойствами структурированных систем понимают их свойство оказывать сопротивление течению внутреннего трэния. Эти свойства не могут быть выраж

600

одной константой, подобной коэффициенту вязкости ньютоновской жидкости. Поэтому их принято оценивать функциональной зависимостью относительной скорости сдвига от напряжения сдвига в широком интервале изме­ нения последнего и при постоянной температуре. К кон­ кретным показателям вязкостного сопротивления структу­ рированных систем следует отнести эффективную и экви­ валентную вязкости. Зти показатели имеют смысл лишь тогда, когда указаны градиенты скорост" сдвига, прк ко торых они определялись.

Для нахождения величины вязкости пользуются спе­ циальными приборами, в которых определяется скорость течения исследуемой жидкости в капиллярных трубках, или сопротивление движению твердого тела в жидкости. Динамическую вязкость при течении в капиллярах рассчи­ тывают по уравнению Гагена-Пуайзеля:

собой касательное напряжение на стенке капилляра, а

использовании ротационных вискозометров с соосными ци­ линдрами применяется закон Ыаргулиса

* ( * l

601

где: М - крутящий момент, необходимый для поддержа­

В этой форцуле величина, стоящая в числителе, пр ставляет собой касательное напряжение на стенке виск зометра, а знаменатель есть градиент скорости сдвига.

При оценке вязкостного сопротивления систем на р тационном вискозометре с соосными цилиндрами средний градиент скорости рассчитывают по формуле:

602

ет отроить кривую вязкостного сопротивления структур­ ных систем как функцию истинного градиента скорости на стенке вискозометра. Истинный градиент рассчитыва­ ют, используя значения среднего градиента скорости сдвига, по следующим формулам:

В случае капиллярноговискозоыетра:

(16.15) В случав ротационного вискозометра:

где

Интегрируя уравнения (16.15) и (17.15) можно по­ лучить характерную картину распредс :ения скоростей те­ чения структурированных тел в трубах и капиллярах, а также в ротационных вискозометрах, и по ним рассчитать истинные величины внутреннего трения. Описанный метод применен Г.В.Виноградовым с сотрудниками / 10 / для взаимного пересчета результатов измерений, выполненных на капиллярном и ротационном вискозометрах.

Из приборов ротационного типа для исследования вязкостных свойств материалов широко применяют пластовискозометр ПВР-I. При заданной скорости вращения сер­ дечника испытательного узла материал разрушается до равновесного состояния, характеризуемого постоянным значением вязкости.

603

Эффективную вязкость находят делением Т (за вы­ четом попрезки на сопротивление узла без испытуемого материала) на *х? .

Высокая степень воспроизводимости вискозиметричеоких измерений в приборах такого типа обусловлена в значительной мере большой однородностью напряжений в зоне деформации.

Вязкость измеряют также при помощи автоматического капиллярного вискозиметра переменного расхода АКВ-2 изображенного на рис. (7.15).

Для определения вязкости с использованием формулы

aft

где К,- постоянная прибора

504

~3t~ JTR* 7TR. "*V (19.15)

где секундный расход -Q=JTRf-^O-^oC

Rj- радиус штока

CO- скорость вращения барабана

оС - угол наклона касательной в различных точках кривой

Kz - постоянная прибора

Скорость деформации может также быть найдена о п

мощью прилагаемой к прибору монограммы. Вязкость £ на

и

ходят из отношения ~&к£ выражают в виде вавиои-

мости в координатах £ _ Показатели, характеризующие вязкостные свойства

структурированных тел, имеют большое практическое значе­ ние. Имеются работы / 9 , 23 /, в которых показано, что скорость течения структурирова

ных тел по трубам разного диаметра прямого или фасон профиля можно рассчитать, исходя из их эффективной вя кости, определенной при помощи капиллярного вискозиметр Вязкость систем определяет также расход энергии на перемещение в механизме движущихся деталей, и на перем щение самой структурированной системы. При этом большое

605

значение играет зависимость вязкостного сопротивления от температуры и скорости сдвига.

в) Упругие свойства

Часто работа тел сопряжена с действием в их об небольших напряжен/?!, не превышающих предела упругости При этом поведение тел зависит от упругих свойств риала.

Об этих свойствах судят по модулю упругости при сдвиге (модуль сдвига).

Модуль упругости при сдвиге ( Q. ) служит показ телем деформируемости материалов в условиях чистого с га в пределах действия закона Гука и характеризует кость (упругость) материала, а также его релаксационны свойства.

Разупрочнение материалов под влиянием механическо­ го воздействия и температуры приводит к понижению мод сдвига.

Модуль упругости при сдвиге и его взаимосвязь с другими реологическими параметрами у пшеничного теста влажностью 43-51/» детально исследовали Б.А.Николаев и Л.С. Беганская / 49 / на приборе, основанном на принци­ пе измерения сдвига твердо-жидких тел на наклонной п кости, предложенным Д.М.Толстым / 74 /. Они определили, что на величину модуля сдвига и вязкости теста вли пература: с увеличением температуры с 20°С до 40°С мо дуль сдвига и вязкость резко падают, а при дальнейш повышении температуры их значения увеличиваются, что, очевидно, связано с начинающимися процессами денатураци белков и клейстеризацией крахмала. Эти авторы также казали, что на величину модуля сдвига влияет механич

606

обработка теста. В тестэ из муки первого сорта с у личением интенсивности обработки величины модуля сдвига сначала снижаются, а затем вновь возрастает, Расстойка такого теста указывает на возможность торшшения проц са расжиЕОния за очет восстановления структуры. В тес из низкосортной муки механическая обработка снижает в личину модуля сдвига.

г) Релаксационные характеристики реальных тзл

Различие в поведении реальных тел при деформиров нии, определяются их строением к условиями деформи­ рования, что влияет на.величину релаксации напряжений.

Явление процесса релаксации напряжений состоит в LM, что вследствие непрерывного теплового движения мол кул упругая анергия переходит в тепло и рассеивается результате чего, молекулы тела занимают то новое пол ние, в котором они оказались при деформации тела, а с тело оказывается в ненапряженном состоянии.

Походя из представлений молекулярной физики,Макс­ велл / 88 / высказал предположение об отсутствии принц пиальных различий в механических свойствах твердых тел жидкостей. Он полагал, что как в тех, так и в друг (еоли их дефоркпровать до некоторой постоянной величин и заданную деформацию сохранить) возникшее напряжение п степенно рассасывается т.е. релаксирует.

Гипотеза Максвелла сводится к предположению, что скорость деформации любого тела выражается суммарной с ростью упругой и плаотической деформации:

(20.15)