Предельного напряжения сдвига

↑

▷ Содержание

⇐ ПредыдущаяСтр 16 из 21Следующая ⇒

Торф является сильно сжимаемой системой. В твердообразном и вязко-пластичном состоянии торф способен деформироваться. Поэтому все стадии технологических процессов при комплексном использовании торфа сопровождаются деформационными явлениями. Деформации торфяных залежей наблюдаются при осушении месторождений, при передвижении по их поверхности машин и механизмов, а также при использовании торфяников в качестве оснований различных сооружений. Существенно деформируется торф в процессе формования, уплотнения, прессования, обезвоживания и во многих других случаях. 

Развитие деформаций, специфика напряженно-деформированного состояния зависят не только от характера приложения нагрузки, но во многом определяется особенностями структуры торфа. Большую информацию о механизме развивающихся деформаций под влиянием напряжений сдвига и сжатия можно получить, используя реологические и физико-химические методы. Без знания структуры, реологических и физико-механических свойств исходного торфа и получаемой из него готовой продукции невозможно правильно регулировать и управлять технологическими процессами.

Торф пониженной влажности можно рассматривать с реологических позиций как вязко-пластичное тело и использовать в качестве одной из его характеристик величину предельного напряжения сдвига τ, т.е. напряжение, выше которого тело начинает течь или деформироваться необратимо. Это напряжение является весьма чувствительным к изменениям состава и структуры дисперсных материалов, в том числе и к изменениям дисперсности торфа. Так, например, при уменьшении влажности торфа на 4-5% предельное напряжение сдвига увеличивается в 2-3 раза, в то время как величина пластической вязкости при таком понижении влажности повышается всего лишь на 15-20%.

В зависимости от содержания сухого вещества в торфе реологические методы изучения его можно разделить на две группы. К первой относятся методы, которые используются для определения реологических характеристик жидкообразных торфяных систем. Вторая группа методов применяется в случае твердообразных торфяных систем.

  Целью данной работы является определение степени диспергирования (переработки торфа) П по изменению значений предельного напряжения сдвига. Расчет П можно проводить по формуле

,%,                                          (1)

где τ_и – предельное напряжение сдвига исходного торфа; τ_п – предельное напряжение сдвига переработанного торфа.

Для определения предельного напряжения сдвига вязко-пластичных дисперсных систем разработан ряд методов. Одним из наиболее простых и точных методов является метод погружения конуса, предложенный акад. П.А. Ребиндером. На основе этого метода М.П. Валаровичем и С.Н. Марковым сконструирован прибор для определения предельного напряжения сдвига торфа, получивший название конического пластометра КП-3 (рис. 1). С помощью этого прибора широко исследованы процессы структурообразования в торфе по мере его высушивания, химической обработки, механического диспергирования, физико-химического воздействия и др.

Основной частью прибора является металлический конус 4. Во избежание скольжения торфа по металлу поверхность конуса сделана ребристой. На нее нанесен ряд концентрических канавок глубиной 0,4 мм с углом при вершине 60˚. Конус соединяется со штангой 5, которая может перемещаться в вертикальном направлении по роликам, установленным для уменьшения трения на шарикоподшипниках. Отсчет глубины погружения конуса осуществляется по шкале часового индикатора 8 с точностью 0,01 мм. Шкала индикатора позволяет измерять погружение конуса на глубину до 10 мм. Для отсчета большей глубины погружения (до 40 мм) служит механизм упора 7. Он состоит из 4 пластин, жестко связанных и расположенных на расстоянии 10±0,01 мм друг от друга. Установка индикатора на нулевое положение производится вращением в правую или левую сторону верхнего диска 6 индикатора 8. В центре круглой плиты, жестко связанной с П–образной станиной 10, укреплен подъемный столик 2, крышка которого может перемещаться вдоль вертикальной оси прибора. Грубая установка столика осуществляется при помощи стопорного винта 11; более точная регулировка достигается вращением микрометрической гайки 12. На крышке подъемного столика 2 располагается сосуд 3 с торфом. Пусковая кнопка 9 служит для удержания штанги и конуса в начальном (поднятом) положении и освобождении их в момент начала опыта.

9

7

10

12

11

3

4

5

2

1

8

6

Рис. 1. Схема конического пластометра КП–3:

1 – установочные винты; 2 – подъемный столик; 3 – сосуд с образцом;

4 – конус; 5 – штанга; 6 – диск; 7 – механизм упора; 8 – часовой индикатор;

9 – ­пусковая кнопка; 10 – П-образная станина; 11 – стопорный винт;

 12 – микрометрическая гайка

При определении предельного напряжения сдвига τ вязко-пластичных материалов методом погружения конуса применяется формула, предложенная П.А. Ребиндером:

,                                                   (2)

где m – масса конуса, штанги и дополнительных грузов, г; h – средняя глубина погружения конуса (по трем измерениям) при данной массе m, см.

Константу прибора К, зависящую от угла раствора конуса, определяют по формуле

,                                        (3)

где α – половина угла при вершине конуса.

Установлено, что при внедрении конуса в торф имеют место пластические деформации не только поверхностного слоя как считалось ранее, а в значительной части объема среды, что подтверждено методами рентгеновского просвечивания. Поэтому, с учетом вышесказанного, значение К для различных углов раствора конуса равны: К = 0,959 для α = 30˚; К = 0,416 для α = 45˚ и К = 0,214 для  α = 60˚.

Порядок выполнения работы

1. Для исследований используют торф одной и той же влажности с разной степенью диспергирования (переработанный 1, 5 и 10 раз в шнековом механизме).

2. Исследуемый торф плотно укладывают в цилиндрический сосуд 3 (рис. 1). Излишек торфа после набивки сосуда счищается и поверхность его выравнивается.

3. Устанавливают прибор по уровню с помощью винтов 1. Определяют угол при вершине конуса.

4. Сосуд с торфом ставят на крышку подъемного столика и поднимают в такое положение, чтобы между поверхностью образца и вершиной конуса остался лишь небольшой зазор. В этом положении закрепляют крышку подъемного столика стопорным винтом 11. Вращением микрометрической гайки 12 поверхность торфа приводят в соприкосновение с острием конуса. Шток индикатора подводят под первую упорную пластину. Стрелку устанавливают в нулевое положение по шкале. Прибор готов к работе.

5. Освобождают штангу с конусом нажатием пусковой кнопки 9. Под действием собственной массы, массы штанги и дополнительного груза конус погружается в исследуемый образец торфа. В момент пуска отмечается начало опыта по секундомеру. По мере погружения конуса площадь его соприкосновения с торфом возрастает, а скорость погружения постепенно снижается. После остановки конуса отсчитывают полную глубину его погружения в торф по показаниям стрелки часового индикатора. Опытным путем установлено, что погружение конуса заканчивается в течение 3 минут. Результаты опытов заносят в табл. 1. Для каждого торфа повторность измерения глубины погружения конуса трехкратная.

Торф …………….., степень разложения R=……..%,

влажность ω =..........%, масса конуса и штанги 700 г.

Таблица 1. Результаты измерений

  τ₁ =       г/см²                     τ₅ =    г/см²                  τ₁₀ =     г/см²          

6. По формуле (2) рассчитывают предельное напряжение сдвига τ.

7. По формуле (1) рассчитывают степень диспергирования пяти и десятикратно переработанных образцов торфа, принимая за исходный однократно переработанный торф.

8. Оформляют и защищают работу.

Контрольные вопросы

1. Что такое предельное напряжение сдвига?

2. Как зависит предельное напряжение сдвига от степени диспергирования торфа?

3. Принцип измерения предельного напряжения сдвига с помощью конического пластометра.

4. Как влияют степень разложения и влажность торфа на предельное напряжение сдвига?

5. Что такое степень диспергирования? Как ее определяют?

Лабораторная работа № 19

Познавательные статьи:



Техника прыжка в длину с разбега

Организация работы процедурного кабинета

Области применения синхронных машин

Оптимизация по Винеру и Калману