Способ определения реологических характеристик дисперсных сред

(59 С 01 Ч 11 1 Ь" . ь нарг, .у11Ф 1,ъ1 Мв фи.ьМ Ь;н;.,;,+ ИЗОБРЕТЕНИЯ ЕЛЬСТВУ с ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОЬРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ОПИСАНИЕК АВТОРСКОМУ СОИ(72) И.И.Берней и В.В.Белов (71) Калининский ордена Трудового Красного Знамени политехнический институт(56) 1. Ребиндер П.А., Семененко Н.А. О методе погружения конуса для характеристики структурно-механических свойств пластично-вязких систем.- "ДАН СССР" т. 64, 1949 Р б, с.б 8- 70.2, 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 РЕОЛОГИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ДИСПЕРСНЫХ СРЕД путем погружения индентора в исследуемую среду с постоянной скоростью и измерении глубиныпогружения, которая соответствует нагрузке, действуюшей на индентор, о т л.и ч а ю - щ и й с я 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.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 13, заключающийся в погружении конуса а исследуемый образец под постоянной нагрузкой и измерении глубины погружения. Определение предельного напряжения сдвига производится по формулеРщР(1) 15 где Р - предельное напряжение сдви.йга;Р - нагрузка, действующая наконус;1, - глубина погружения конуса; 201( - постоянная, зависящая отугла при вершине конуса.Существенным недостатком этого способа является влияние на результаты измераний силы инерции движуще гася с переменной скоростью конуса.Наиболае. близким к предлагаемому является способ определения реологичаских характеристик дисперсных сред путем погружения индентора в иссле- ЗО дуамую среду с постоянной скоростью и измерении глубины погружения, которая соответствует нагрузке; действующей на индентор,указанный способ позволяет уменьшить влияние сия инерц.;и конуса на результаты измерен ий 2 ДОднако при этом способе измерения остаются неизвестными размеры области, в которой наблюдается сдвиг исследуемой среды при движении в ней 4 О конического индентора, что не дает воэможность определить градиент скорости сдвига, а следовательно,другую важнейшую реологическую ха рактеристику - вязкость, 45Целью изобретения является повышение эффективности способа,Укаэанная цель достигается тем,что согласно способу определенияраологических характеристик дисперсных сред путем погружения инденторав исследуемую среду с постоянной окоростью и измарении глубины погружения которая соответствует нагрузке,действующей на индентор, исследуемуюдисперсную среду укладывают послойно с отмеченными границами разделаслоев и после окончания деформацииснимают картину области сдвига иссле.дуемой среды, по которой определяют 60реологические характеристики.В случае использования конического индентора предельное напряжениесдвига и вязкость рассчитывают пополученной формуле 65 л ОкГ (2)1:рЛ Ср- с , фгде Р - нагрузила, действующая на ко.нус;Н - глубина погружения конуса,С - предельное напряжение сдвига;вязкость;О - скорость погружения конуса;26, - угол при вершине конуса;2 Р - Угол, образованный границами эоны деформированиясреды,Согласно уравнению (2) для определения предельного напряжения сдвига и вязкости необходимо измеритьдве глубины погружения конуса придвух действующих на него нагрузках.Величина угла Р определяется по фотографиям рассеченной лунки,На фиг,1 изображены траекториидвижения частиц среды в зоне внедренияконического индентора; на фиг.2расчетная схема линии тока,П р и м е р. Молотый кварцевый песок с удельной поверхностью 2800 см /ги влажностью 10 засыпают в формуслоями. После засыпки слой уплотняют давлением 0,1 МПа. На поверхностипервого слоя толщиной 3 мм создаютслой толщиной 1 мм того же материала,окрашенного в контрастный цвет раствором туши в воде. На окрашенныйтонкий слой засыпают неокрашенныйслой 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 2погружают конус с углом при вершине30 при следующих значениях скоросоти погружения: 0,029, 0,0580,117 см/с, и измеряют глубину погру.жения конуса, соответствующую действующей на него нагрузке. После извле.чения конуса из лунки последнюю рассекают и фотографируют.Полученные по фотографиям траектории движения частиц среды в зоневнедрения конуса показаны на фиг.1.Частицы среды, прилегающие к поверхности конуса движутся вместе с последним, а на определенном расстоянииот поверхности конуса, где линии то-,ка переходят в горизонтали, они неподвижны. Следовательно, во всем деформируемом объеме происходит сдвиг.При этом поверхность скольжения 1-1,разделяющая деформируемый и недеформируемый объемы среды, есть поверхность конуса, вершина которого совпадает с вершиной конического индентора, а угол между поверхностьюскольжения и вертикальной осью равенМетки (репера) на горизонтальных осях материала, образованные путем(О),см/с Нагрузка дей 1 ствующая на конус (Р), Н Глубина по- гружения конуса (11), см Пре- дельное напряжение сдви(г) МПа Вязкость10.4 Пас 32,40,967 0,347 0,284 0,058 12,6 0) 580 29,7 0,928 22,5 0,807 30 40(5) ПИ Эаказ 318/40 3 Подписное илиал ППП "Патентф, г. ужгород, ул.Проектна вертикального пОгружения в образецстальной. пластины толщиной 0,1 мм ишириной 3 мм, показывают, что части-.цы среды при погружении конуса движутся вертикально. Следовательно,скорости движения точек среды, расположенных на одной горизонтальнойплоскости, изменяются от величины,Ю, равной скорости погружения конуса у поверхности последнего, донуля у поверхности скольжения по 10закону прямой (фиг.2),Иэ граифка скоростей на Фиг.2 следует, что"(Б-г 3 др:йд 3 ф 15где О - скорость движения точкисреды с координатами х и г;Ь - глубина погружения конуса;2, - угол при вершине конического индентора, 20Применив для описания условий деФормирования среды под конусом уравнение Шведова-Бингама, получимаР аОМ " йх (4) 25 где Р - усилие, действующее на конус;Б - поверхность конусал1предельное напряжениесдвига;вязкость;йО.градиент скорости сдвига.Подставив в уравнение (4) значение сШ 35полученное диФФеренцированием цхвыражения (3), и величину ЙБ=2 оТдйх х(1-г)йг, после интегрирования полу" чим КР л 2 Нкг- - О +уБг гф-Сц , 111где К= 11Величина угла, полученная по ФотограФиям для указанной среды составляет 40 в . Экспериментальные данные и рассчи. танные по ним значения 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 реологи" ческую характеристику дисперсных систем - вязкость, т.е. превращает конический пластометр в пенетрационный вискоэиметр. Это значительно расширяет технические воэмож. ности и область использования конических пластометров в различных отраслях промышленности.