Устройство для моделирования реологических характеристик материалов

(57) Изобретение относ реологических свойств позволяет изучать мех сред, обладающих внут ем (например, ячеистых устройство снабжено тивным элементом в ви дре 6, к емкости кот задатчик 7 заданного элемент установлен па му элементу, Устройст подбора как составов ст так и режимов динами на них при формирован Бюл. М 47политехничеше нститу нтьев и Г,Я088.8)е свидете, - М., 1965 ГОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИРЕОЛОГИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК МАТЕ РИАЛОВ ится к определениюсплошных сред и анические свойства ренним напряженибетонов). Для этого дополнительным акде поршня 5 в цилинорого подсоединен давления. Активный раллельно пассивново используется для роительных смесей, ческих воздействий ии изделий, 7 ил,Изобретение относится к определениюреологических свойств сплошных сред иможет быть использовано при разработкетехнологических процессов производствастроительных материалов, например ячеистых бетонов.Целью изобретения является расширение функциональных возможностей за счетобеспечения изучения реологическихсвойств сред, обладающих внутренним напряжением.На фиг.1 представлена принципиальная схема устройства для моделированиявспучивающийся вязкой среды; на фиг.2 -то же, упругой среды, обладающей внутренними напряжениями; на фиг,3 - то же,пластической среды с различными пределами пластичности при сжатии и растяжении;на фиг,4 - функциональная схема активногоэлемента; на фиг,5 - график изменения скорости удлинения модели вспучивающейсявязкой среды в зависимости от уровнявнешней нагрузки во времени; на фиг,б -то же, для модели упругой среды, обладающей внутренними напряжениями; нафиг.7 - то же, для модели пластической среды с различными пределами пластичностипри сжатии и растяжении,. Устройство включает пассивную механическую модель, выполненую в виде вязкого элемента 1 или упругого элемента 2,или элемента 3 пластичности, и дополнительный активный элемент 4,Модель вязкого тела или вязкий элемент 1 представляет собой цилиндр, наполненный вязким маслом, в который снекоторым зазором вставлен поршень, Модель упругого тела или упругий элемент 2представляет собой пружину,Модель пластичного тела или элемент 3пластичности представляет собой пару трения, Активный элемент 4 выполнен в видепоршня 5 в цилиндре 6, который подсоединен к задатчику 7 давления. Элемент 4 установлен параллельно или модели 1, илимодели 2, или модели 3 и соединен с нимижесткими траверсами 8, к которым можетприкладываться внешняя нагрузка Р,Устройство работает следующим образом.1. В случае моделирования вспучивающейся вязкой среды, например газобетонной смеси, элемент 4 подключенпараллельно модели вязкого тела 1. Задатчик 7 давления создает давление по напоршень 5, тогда активный элемент 4 посредством жестких траверс 8 передает нагрузку, равную аоЯ = Ро, где Я - площадьпоршня 5, на элемент 1, приводя тем самым к равномерному движению поршня вязкогоэлемента 1 по законуР.= рЛО,где,и - коэффициент, пропорциочальный5 вязкости элемента 1;ОЛ 0 =. - скорость удлинения элеЙмента 1, равная скорости удлинения всеймодели, т,е, модель деформируется в отсут 10 ствие внешних нагрузок.При приложении к модели внешней нагрузки Р на поршень элемента 1 действуетнагрузка, равная Ро - Р, при этом элемент 1равномерно деформируется уже с другой15 скоростью по законуР, - Р =,иЛО(всюду относят положительный знак нагружения к растяжению, а отрицательный знакнагружения к сжатию модели или материа 20 ла).Зависимость изменения скорости удлинения модели вспучивающейся вязкойсреды от уровня внешней нагрузки во времени (фиг.5) следующая.25 В отсутствие внешней нагрузки (Р = О)на участке 11 = ьо наблюдается удлинениемодели со скоростью Л О = ц а; при нагрузке сжатием Р 1( Р 1Ро ) на участке с 2-11удлинение модели происходит со скоро 30 стью ЛО = 1 д ф 0 ,Ва; при нагрузкеР 2Р, на участке 1 э - т 2 скоростьудлинения меняет знак, т.е, модель начинает сжиматься; при нагружении модели растяжением Рз, 1ез скорость удлинения35 модели превышает таковую без внешнейнагрузки, т,е, д ) а;.Заменив силу на напряжение, удлинение на деформацию, э коэффициент пропорциональности на вязкость получают40 реологическое уравнение модели(3 ее = -- скорость относительной де 01формации;фу - вязкость,Таким образом, предлагаемая модельописывает поведение вязких тел при наличии внутреннего давления.Использование модели с изменяющимся во времени значениями о, и у дает возможность обосновать процессвспучивания газобетонной смеси в формепри воздействии на ее поверхность пригрузов как инерционных, так и неинерционных, оказывающих не только сжимающие,но и растягивающие динамические воздействия, что позволяет оптимизировать какпроцесс вспучивания, так и выг,ор динамического воздействия на смесь.В случае моделирования упругой среды, обладающей внутренними напряжениями, например сырец газобетона, активный элемент 4 подключен параллельно модели упругого тела 2, Задатчик 7 давления создает давление, равное оо, на порйень 5, активный элемент 4 посредством траверс 8 передает нагрузку, равную по 5 = Ро, на элемент 2, приводя тем самым к удлинению пружины по законуРо =(Е) ЬО,где (Е) - жесткость пружины, т,е, модель находится в напряженно-деформированном состоянии в отсутствие внешних нагрузок,При приложении к модели внешней нагрузки Р на упругий элемент 2 действует нагрузка, равная Ро - Р, при этом он деформируется по законуРо - Р =. (Е) Л О.Изменение удлинения модели упругой среды, обладающей внутренними напряжениями, зависит от уровня внешней нагрузки во времени (фиг.6) следующим образом.В отсутствие внешней нагрузки (Р = О) на участке 11 - 1 о наблюдается удлинение модели ЛО 1; при внешней сжимающей нагрузке Р 1(0Р 1-Р,) на участке 12 -11 упругий элемент 2 испытывает растяжение, а удлинение модели равно Ь О 2, при внешней сжимающей нагрузке Р 2(Р 2Ро ) на участке 1 з - 12 упругий элемент 2 испытывает сжатие, т.е. удлинение модели меняет знак и равно - Ь Оз; при внешней растягивающей нагрузке Рз0 на участке 11 з удлинение модели равно Ь О 4ЛО 1.Заменив силу на напряжение, удлинение на деформацию, а жесткость пружины на модуль упругости. получают реологическое уравнение моделио, - о =Ее,где Е - модуль упругости,Таким образом, предлагаемая модель описывает поведение упругих тел при наличии внутренних напряжений, Использование модели с изменяющимися во времени значениями а и Е дает возможность моделировать распределение деформаций по высоте слоя как под собственным весом смеси, так и под воздействием пригрузов, а также определить границу смены знаков реформации и ее изменение во времени, поскольку межпорговое вещество смеси испытывает растяжение у поверхности смеси, которое компенсируется на определенной глубине воздействием веса вышележащих слоев смеси или действием пригруза, в результате растяжение смеси сменяется сжатием.Это позволяет подобрать высоту формируемых изделий или вес используемых5 пригрузов так, что область дефектности материала, связанная с растягивающими напряжениями в смеси (так называемая"горбушка" ) минимальная.В случае моделирования пластической10 среды, обладающей различными пределамипластичности при сжатии и растяжении, например сырца гаэобетона, элемент 4 подключен параллельно модели пластическоготела, Задатчик 7 давления создает давлени 15 ем о, на поршень 5, активный элемент 4посредством жестких траверс 8 передаетнагрузку, равную оо Я = Р, на элемент 3трения,При этом предлагаемая модель имеет20 различный предел пластичности Р присмене знаков деформации Рт = Ет - Ро (предел пластичности при растяжении);Рт = -Ет - Р 1(предел пластичности присжатии),25 где Ет - сила трения элемента пластичности,т,е, при РРтмодель деформируется, а при РРмодель не деформируется.30 Заменив силу на напряжение, получаютреологическое уравнение моделигта, - о, (модель не деформируетсяпри растяжении);а % - а, (модель не деформируетсяпри сжатии).Тем самым предлагаемое устройствоописывает поведение пластических тел приналичии внутренних напряжений или тел,имеющих различный предел пластичности40 при смене знаков деформирования, Использование модели с изменяющимисяво времени значениями ао и от дает воэможность моделировать изменение несущейспособности смеси (недеформируемости)45 относительно сжатия и растяжения, определяемой как предел пластичности при сжатиии растяжении и являющейся необходимойвеличиной при определении допустимых нагоузок при динамических воздействиях насмесь, не приводящих к ее разрушению,Предлагаемое устройство позволяетизучить механические свойства сред, обладающих внутренним напряжением, таких,например, как ячеистые бетоны.55Формула изобретенияУстройство для моделирования реологических характеоистик материалов, содержащее пассивную механическую модель, 1700444о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей эа счет. обеспечения воэможностей изучения реологических свойств сред; обладающих внутренним напряжением, оно дополнительно снабжено активным элементом, выполненным в виде поршня в цилиндре и установленным параллельно пассивной механической модели и жестко связанным с ней, и задатчиком,авления, 5 подключенным к емкости цилиндра активного элемента,1700444 Составитель Л, УльяновТехред М.Моргентал едактор И. Шул рректор Э, Сли Заказ 4462 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 оизводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 1