МЕТОД КОНІЧНОГО ПЛАСТОМІРА

3. МЕТОД КОНІЧНОГО ПЛАСТОМІРА

Якщо для характеристики гідросуміші необхідно визначити механічну міцність структури, тобто динамічне напруження зсуву τ₀ при невеликих швидкостях деформації (для початку течії), то використовують спосіб занурення конуса, що в літературі отримав назву методу конічного пластоміра (рис. 3).

 

В основу методу покладено визначення параметрів занурення конуса під дією сталого навантаження F, що і дає умовну реологічну характеристику – криву течії, що показує залежність швидкості  від дотичного напруження τ при зсуві, яка послідовно зменшується у міру занурення внаслідок збільшення площі контакту конуса з гідросумішшю.

Значення τ₀ визначають за граничним заглибленням конуса під дією навантаження F. При цьому припускають, що при зануренні конуса має місце течія шару вздовж бокової поверхні конуса. Ця умова досягається в достатньо пластичних системах, тому напруження τ₀ при зсуві, що викликає цю течію, визначається проекцією сили F, яка діє на конус, на твірну l конуса, віднесену до одиниці площі S дотику конуса до середовища.

τ =  . (30)

З геометричних співвідношень випливає:

r = ; ;  . (31)

З урахуванням формул (31) рівняння (30) набирає вигляду

 , (32)

де  - константа конуса, яка залежить від кута  при його вершині.

.

Для усунення випадкових похибок при визначенні  використовують конуси з різним кутом . Для виключення крайових ефектів досліджуване середовище розміщують в посудину достатньо великого об’єму.

4. ВИЗНАЧЕННЯ РЕОЛОГІЧНИХ ХАРАКТЕРИСТИК ГІРСЬКИХ ПОРІД

При розгляді течій гірських порід також необхідне знання їх реологічних рівнянь. Скористатись ротаційним або капілярним віскозиметром в даному випадку неможливо, оскільки гірські породи мають високу межу текучості. Тому гірські породи, як правило, досліджують при одноосному стисненні (рис. 4). Задаючи стале навантаження на торець циліндричного зразка, висота якого, як правило, дорівнює двом діаметрам, обчислюють нормальні напруження  і вимірюють швидкість деформації .

 

Розглянемо гірські породи як реологічні стаціонарні рідини. Це означає, що в дослідах на стиснення при сталому навантаженні швидкість деформації  постійна і відмінна для різних , тобто

. (33)

Таким чином, припускаємо, що в умовах дослідів на одноосне стиснення інші напруження відсутні. Знання конкретного виду залежності (33) дає можливість отримати реологічне рівняння для дотичних напружень  (чистий зсув) при одновимірних течіях в трубах, щілинах тієї самої гірської породи

. (34)

Розрахунок дотичних напружень за нормальними проводиться за формулами [3]:

; . (35)

Наприклад, коли при одноосному стисненні отримана лінійна залежність

, (36)

то відповідне реологічне рівняння для дотичних напружень в’язкопластичної рідини буде

  (37)

Згідно із (35) динамічне напруження зсуву і пластичну в’язкість визначаємо за формулами:

; . (38)

Якщо при одноосному стисненні отримана нелінійна залежність виду

, (39)

то відповідне реологічне рівняння для дотичних напружень степеневої рідини буде

, (40)

де

; . (41)