RU2775356C1 - Ground dynamic ball viscometer - Google Patents
Ground dynamic ball viscometer Download PDFInfo
- Publication number
- RU2775356C1 RU2775356C1 RU2021128334A RU2021128334A RU2775356C1 RU 2775356 C1 RU2775356 C1 RU 2775356C1 RU 2021128334 A RU2021128334 A RU 2021128334A RU 2021128334 A RU2021128334 A RU 2021128334A RU 2775356 C1 RU2775356 C1 RU 2775356C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- ball
- working chamber
- chamber
- size
- viscosity
- Prior art date
Links
- 238000011068 load Methods 0.000 claims abstract description 10
- 239000002689 soil Substances 0.000 claims abstract description 10
- 239000000789 fastener Substances 0.000 claims abstract description 7
- 230000000284 resting Effects 0.000 claims abstract 3
- 230000003068 static Effects 0.000 abstract description 15
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 abstract description 12
- 238000005259 measurement Methods 0.000 abstract description 11
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 7
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 5
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- WSLDOOZREJYCGB-UHFFFAOYSA-N 1,2-dichloroethane Chemical compound ClCCCl WSLDOOZREJYCGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000001070 adhesive Effects 0.000 description 1
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 1
- 239000005357 flat glass Substances 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 238000004321 preservation Methods 0.000 description 1
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к области измерительной техники и предназначено для исследования вязкости несвязных грунтов при вибрационных воздействиях, путем перемещения шарика в исследуемом образце.The invention relates to the field of measuring technology and is intended to study the viscosity of non-cohesive soils under vibration effects, by moving the ball in the test sample.
Известно устройство для определения вязкости дисперсных материалов, состоящее из вертикального цилиндрического сосуда, жестко закрепленного на раме, и внутри которого расположена исследуемая среда с шариком, соединенным струной с тяговым механизмом и регистрирующей системой, сосуд имеет эластичное дно, соединенное с виброприводом (патент № RU 2267770 C1, G01N 11/10, 2004 г.). Так как сопротивление дисперсных материалов (в частности, грунтов) сдвиговым усилиям при действии вибраций в значительной степени зависит от статического обжимающего напряжения, недостатком данного устройства является отсутствие контроля статического обжимающего напряжения в исследуемой среде, что не позволяет устанавливать всесторонние корреляции измеряемой величины с контролируемыми параметрами. Кроме того, данное устройство при описании лишено указаний на ограничение измерений, вытекающих из поправок Ладенбурга касательно влияния величины радиуса и длины сосуда относительно размера шарика при определении вязкости по закону Стокса, что негативно влияет на точность измерения.A device for determining the viscosity of dispersed materials is known, consisting of a vertical cylindrical vessel rigidly fixed to the frame, and inside of which the test medium is located with a ball connected by a string to a traction mechanism and a recording system, the vessel has an elastic bottom connected to a vibration drive (patent No. RU 2267770 C1, G01N 11/10, 2004). Since the resistance of dispersed materials (in particular, soils) to shear forces under the action of vibrations largely depends on the static compressive stress, the disadvantage of this device is the lack of control of the static compressive stress in the medium under study, which does not allow establishing comprehensive correlations of the measured value with controlled parameters. In addition, this device, in the description, is devoid of indications of measurement limitations arising from the Ladenburg corrections regarding the influence of the radius and length of the vessel relative to the size of the ball when determining the viscosity according to the Stokes law, which negatively affects the measurement accuracy.
Наиболее близким аналогом (прототипом) по конструктивным особенностям является устройство для определения реологических свойств дисперсных материалов, состоящее из узла нагружения, регистрирующей системы и горизонтального цилиндрического сосуда с герметизирующими резиновыми прокладками и крышками, закрепленного на виброплощадке и содержащего исследуемую среду, в которой расположен шарик, жестко насаженный на струну (авторское свидетельство SU 1481643 А1, кл. G01N 11/10, 1978 г.). Регистрирующая система состоит из барабана самописца и пера, жестко закрепленного на струне. Узел нагружения шарика состоит из блочков, подвесок и грузов. Недостатком данного устройства, как и предыдущего, является отсутствие контроля статического обжимающего напряжения в исследуемой среде. Однако в отличие от предыдущего аналога в данном устройстве при вычислении вязкости введено наличие особенностей прибора посредством «константы устройства К».The closest analogue (prototype) in terms of design features is a device for determining the rheological properties of dispersed materials, consisting of a loading unit, a recording system and a horizontal cylindrical vessel with sealing rubber gaskets and lids, fixed on a vibrating platform and containing the medium under study, in which the ball is located, rigidly mounted on a string (author's certificate SU 1481643 A1, class G01N 11/10, 1978). The recording system consists of a recorder drum and a pen rigidly fixed to the string. The ball loading unit consists of pulleys, hangers and weights. The disadvantage of this device, as well as the previous one, is the lack of control of the static compressive voltage in the medium under study. However, unlike the previous analogue, in this device, when calculating the viscosity, the presence of device features is introduced through the “device constant K”.
Задачей настоящего изобретения является повышение точности измерения вязкости дисперсных материалов при действии вибраций, обеспечение возможности измерения вязкости при больших величинах виброускорения без нарушения сплошности исследуемой среды, обеспечение возможности измерения вязкости при различных величинах статического напряжения в исследуемом песчаном грунте, а также непосредственное измерение фактических параметров вибрации (частоты и виброускорения).The objective of the present invention is to improve the accuracy of measuring the viscosity of dispersed materials under the action of vibrations, to enable the measurement of viscosity at high values of vibration acceleration without disturbing the continuity of the medium under study, to enable the measurement of viscosity at various values of static stress in the studied sandy soil, and also to directly measure the actual vibration parameters ( frequency and vibration acceleration).
Технический результат достигается за счет рационального подбора конструкции устройства, обеспечивающей контроль фактических параметров вибрации (частота, виброускорение), уровня статического напряжения в исследуемой среде и корректного измерения вязкости с учетом поправок Ладенбурга к закону Стокса касательно влияния величины радиуса и длины сосуда относительно размера шарика.The technical result is achieved due to the rational selection of the design of the device, which provides control of the actual vibration parameters (frequency, vibration acceleration), the level of static stress in the medium under study and the correct measurement of viscosity, taking into account the Ladenburg corrections to the Stokes law regarding the influence of the radius and length of the vessel relative to the size of the ball.
Устройство заявленного технического решения представлено на Фиг. 1.The device of the claimed technical solution is shown in Fig. one.
Технический результат достигается тем, что в рабочей камере 3, закрепленной посредством разъемного соединения на виброплатформе 7, в полости 1 размещена исследуемая среда (песчаный грунт), через которую пропускается шарик 2 под действием силы F, передаваемой от груза 6 посредством нити 5. Виброплатформа 7 обеспечивает возможность контроля интенсивности вибрационного воздействия посредством регулировки частоты колебаний и их виброускорения во время проведения исследования. Нить 5 пропускается через отверстие, которое размещено в центре торцевой грани рабочей камеры 3. В отличие от аналогов предлагаемая конструкция устройства предусматривает наличие подвижной жесткой крышки 4, которая передает на исследуемую дисперсную среду, размещенную в полости 1, статическое обжимающее напряжение. Размеры крышки 4 обеспечивают ее перемещение внутри рабочей камеры 3 без опирания на боковые и торцевые стенки камеры 3 с зазором до 1 мм между стенками и крышкой. Статическое обжимающее напряжение создается посредством группы пружин 8, которые с одной стороны упираются в подвижную жесткую крышку 4 и с другой стороны в крепежные элементы 10, имеющие резьбовое отверстие и соединенные со сквозными тяжами 11, которые также имеют наружную резьбу и другим концом соединяются с дном рабочей камеры 3. Контроль статического обжимающего напряжения, передающегося на исследуемую среду, размещенную в полости 1, обеспечивается посредством регулирования длины группы пружин 8 с помощью резьбового соединения между крепежными элементами 10 и тяжами 11. Данное техническое решение обеспечивает сохранение целостности исследуемой среды при высоких виброускорениях, близких к ускорению свободного падения, и контроль над статической составляющей напряжения в грунте, которая имеет чрезвычайное значение при измерении параметров виброразжижжения сыпучего вещества, ведь чем выше статическое обжимающее напряжение в образце, тем выше его сопротивление виброразжижжению.The technical result is achieved by the fact that in the
Соединение между рабочей камерой 3 и виброплатформой 7 является разъемным (например, болтовое) для обеспечения возможности многократного снятия рабочей камеры с целью загрузки в рабочую камеру 3 исследуемой среды.The connection between the
Материал, из которого выполнена рабочая камера 3 и крышка 4 должен быть прозрачным (например, органическое листовое стекло), обеспечивать визуальный контроль исследуемой среды во время проведения исследования и обладать достаточной жесткостью, чтобы не допускать существенного изменения формы.The material from which the working
Соединение элементов рабочей камеры 3 (дно, боковые и торцевые грани) между собой должны обеспечивать прочность конструкции во время исследования и ее герметичность, т.к. исследуемая среда может быть в водонасыщенном состоянии. Например, данное соединение может быть клеевым, в частности, для органического стекла может быть выполнено с помощью дихлорэтана.The connection of the elements of the working chamber 3 (bottom, side and end faces) with each other must ensure the strength of the structure during the study and its tightness, because the medium under study may be in a water-saturated state. For example, this connection can be adhesive, in particular, for organic glass can be made using dichloroethane.
Также предложенная конструкция имеет возможность непосредственного измерения параметров вибрации (частоты, виброускорения) с помощью акселерометра 9 с возможностью подключения к ЭВМ для обработки данных при проведении исследования, а не приблизительное установление их значений по заданным характеристикам виброплатформы. Акселерометр 9 размещается снаружи рабочей камеры 3 по центру ее боковой стенки.Also, the proposed design has the ability to directly measure vibration parameters (frequency, vibration acceleration) using an
Кроме того, геометрические параметры устройства исследуемой среды и пропускаемого шарика 2 четко определены, исходя из фундаментальных законов механики жидкости и твердых дисперсных сред. Для применения аппарата механики сплошной среды размер шарика должен быть многократно больше размера частиц исследуемой среды, поэтому для испытания крупных песчаных грунтов размер шарика должен составлять не менее 20 мм. Полученный минимальный размер шарика диктует минимальный размер камеры, при котором закон Стокса будет применим с учетом поправок Ладенбурга, а также будут актуально представление среды в качестве сплошной и изотропной: для снижения влияния данных поправок поперечные размеры камеры (ширина и высота) приняты в соотношении не менее 1:10 к размеру шарика (т.е. не менее 200 мм), а продольный размер камеры (длина) - не менее 1:25 (т.е. не менее 500 мм).In addition, the geometric parameters of the structure of the medium under study and the
Измерение вязкости на предлагаемой конструкции устройства предполагает проведение последовательности действий, состоящей из подготовки к проведению исследования, непосредственно самого исследования с фиксированием прямо измеряемых величин и обработки результатов исследования с вычислением величины вязкости.The measurement of viscosity on the proposed design of the device involves a sequence of actions consisting of preparing for the study, the study itself with fixation of directly measured values and processing the results of the study with the calculation of the viscosity.
Подготовка к проведению исследования заключается в загрузке исследуемой среды и сборке устройства. В снятую рабочую камеру 3, снаружи которой закреплен акселерометр 9 и внутри которой расположены тяжи 11 и пока что свободный шарик 2 на нити 5, послойно загружается исследуемая среда в полость 1, и в процессе наполнения обеспечивается размещение шарика 2 по высоте на уровне отверстия, через которое пропущена нить 5, чтобы обеспечить строгую горизонтальность и прямолинейность движения шарика 2, и в плане на расстоянии не менее 5-ти диаметров шарика 2 от задней торцевой грани рабочей камеры 3 (т.е. не менее 100 мм) для снижения влияния близкого расположения стенки камеры, но на достаточном расстоянии для обеспечения последующего пути перемещения шарика 2.Preparation for the study consists in loading the study environment and assembling the device. In the removed
После полной загрузки рабочей камеры 3 на нее устанавливается крышка 4 с пропуском сквозных тяжей 11, на сквозные тяжи 11 надевается группа пружин 8, которые фиксируются крепежными элементами 10 с созданием обжимающего статического напряжения сокращением длины пружин 8 посредством накручивания крепежных элементов 10 на тяжи 11. В собранном состоянии рабочая камера 3 устанавливается и закрепляется на пока что выключенной виброплатформе 7. Нить 5 перебрасывается через неподвижный блок, и к ней присоединяется груз 6, с заранее определенным весом. Измеряется длина пружин с последующим пересчетом в статическое обжимающее напряжение, измеряется расстояние от нижней поверхности груза 6 до опорной поверхности. В данном состоянии устройство готово к началу непосредственно исследования.After the working
Непосредственно исследование заключается в следующем: включается виброплатформа 7 с фиксированными параметрами интенсивности вибрации (частота, виброускорение), начинается отсчет (измерение) времени t, фактические параметры вибрационного воздействия измеряются акселерометром 9 с возможностью подключения и обработки данных на ЭВМ, непрерывно измеряется расстояние от нижней поверхности груза 6 до опорной поверхности, т.е. косвенно измеряется путь s, по которому был перемещен шарик 2. Путь движения шарика 2 должен окончиться не ближе 5-ти диаметров шарика 2 до передней торцевой грани рабочей камеры 3 (т.е. не ближе 100 мм) для снижения влияния близкого расположения стенки камеры. При этом шарик должен быть перемещен на расстояние не менее 5-ти диаметров с целью получения устойчивого значения скорости. По результатам исследования измеряется значение времени и, за которое шарик 2 перемещается на расстояние s. На данном этапе завершается непосредственно исследование с прямым измерением величин и осуществляется переход к обработке результатов, т.е. к вычислению вязкости исследуемой среды при определенной интенсивности вибрационных воздействий и определенном статическом напряжении.The study itself is as follows: the
Косвенное измерение динамической вязкости с применением предлагаемой конструкции устройства проводится по формуле Стокса с учетом поправок Ладенбурга по результатам измерения значения времени t, за которое шарик 2 перемещается на расстояние s:Indirect measurement of dynamic viscosity using the proposed design of the device is carried out according to the Stokes formula, taking into account the Ladenburg corrections based on the results of measuring the value of time t, during which the
где F - сила, под действием которой шарик 2 приводится в движение;where F is the force under which the
r - радиус шарика 2, м;r is the radius of the
R0 - гидравлический радиус поперечного сечения рабочей камеры 3, м;R 0 - hydraulic radius of the cross section of the
h - длина рабочей камеры 3, м;h is the length of the
s - расстояние, м, на которое перемещен шарик 2 за время t;s - distance, m, which moved the
t - время, с, за которое шарик 2 перемещен на расстояние s.t is the time, s, during which the
Гидравлический радиус R0 определяется как отношение площади поперечного сечения рабочей камеры к ее периметру и для квадратного поперечного сечения равен 1/4 от ширины (высоты) камеры.The hydraulic radius R 0 is defined as the ratio of the cross-sectional area of the working chamber to its perimeter, and for a square cross section it is equal to 1/4 of the width (height) of the chamber.
Таким образом, в отличие от аналогов предложенное техническое решение в виде ограниченных размеров рабочей камеры 3 и размера шарика 2 приводит к повышению точности измерения вязкости дисперсных материалов при действии вибраций по закону Стокса с учетом поправок Ладенбурга, техническое решение в виде группы пружин 8 со сквозными тяжами 11 и крепежными элементами 10 позволяет проводить измерения вязкости при больших величинах виброускорения без нарушения сплошности исследуемой среды и обеспечивает возможность измерения вязкости при различных величинах статического напряжения в исследуемом песчаном грунте, а наличие в устройстве акселерометра 9 с возможностью подключения к ЭВМ обеспечивает непосредственное измерение фактических параметров вибрации (частоты и виброускорения).Thus, unlike analogues, the proposed technical solution in the form of a limited size of the working
Claims (1)
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2775356C1 true RU2775356C1 (en) | 2022-06-29 |
Family
ID=
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN116205914A (en) * | 2023-04-28 | 2023-06-02 | 山东中胜涂料有限公司 | Waterproof coating production intelligent monitoring system |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1086367A1 (en) * | 1983-02-17 | 1984-04-15 | Научно-Исследовательская Лаборатория Физико-Химической Механики Материалов И Технологических Процессов Главмоспромстройматериалов | Device for viscosity determination |
SU1481643A1 (en) * | 1986-12-29 | 1989-05-23 | Украинский научно-исследовательский институт огнеупоров | Device for determining rheologic properties of particulate materials |
JP3123839B2 (en) * | 1992-11-30 | 2001-01-15 | 三洋電機株式会社 | Wireless communication device |
RU2569173C1 (en) * | 2014-05-16 | 2015-11-20 | Федеральное Государственное Автономное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Сибирский Федеральный Университет" | Viscosimeter |
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1086367A1 (en) * | 1983-02-17 | 1984-04-15 | Научно-Исследовательская Лаборатория Физико-Химической Механики Материалов И Технологических Процессов Главмоспромстройматериалов | Device for viscosity determination |
SU1481643A1 (en) * | 1986-12-29 | 1989-05-23 | Украинский научно-исследовательский институт огнеупоров | Device for determining rheologic properties of particulate materials |
JP3123839B2 (en) * | 1992-11-30 | 2001-01-15 | 三洋電機株式会社 | Wireless communication device |
RU2569173C1 (en) * | 2014-05-16 | 2015-11-20 | Федеральное Государственное Автономное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Сибирский Федеральный Университет" | Viscosimeter |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN116205914A (en) * | 2023-04-28 | 2023-06-02 | 山东中胜涂料有限公司 | Waterproof coating production intelligent monitoring system |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Afifi et al. | Long-term pressure effects on shear modulus of soils | |
CN110987663B (en) | Constant-rigidity cyclic shear apparatus capable of controlling interface humidity, monitoring system and method | |
Erdmann et al. | Numerical simulation of dynamic soil compaction with vibratory compaction equipment | |
Nichol et al. | Flow-induced agitations create a granular fluid: Effective viscosity and fluctuations | |
WO1993008458A1 (en) | Improved flow-no-flow tester | |
RU2775356C1 (en) | Ground dynamic ball viscometer | |
US9234824B1 (en) | Gyratory compactor apparatuses and associated methods | |
JPH10160715A (en) | Measuring method for shear rigidity of soil | |
CN105699210A (en) | Dynamic powder flowing behavior analyzer | |
Amat | Elastic stiffness moduli of Hostun sand | |
Schulze | 2.2 Measurement of the flowability of bulk solids | |
RU2254564C1 (en) | Method and device for determining characteristics of loose material | |
Afifi | Effects of stress history on the shear modulus of soils | |
CN107389794A (en) | Measure the method and system of rock attenuation coefficient | |
CN205483842U (en) | Developments powder flow behavior analysis appearance | |
Tan et al. | Discrete element modeling of effect of moisture and fine particles in lightweight deflectometer test | |
Carvalho et al. | Design of experimental setup for 1 g seismic load tests on anchored retaining walls | |
SU726457A1 (en) | Device for hydrodynamic tests | |
EP0252927B1 (en) | Determining flow properties of particulate materials | |
SU366389A1 (en) | DEVICE FOR RESEARCH OF RHEOLOGICAL PARAMETERS OF MATERIALS | |
SU876835A1 (en) | Apparatus for testing soil by shear | |
Kim | Deformation and properties of cohesive soil in relation to soil-machine systems | |
CN117491188A (en) | Shearing experiment device for measuring soil body characteristics | |
CN111982765A (en) | Magnetorheological fluid redispersibility quantitative test method and test equipment | |
SU573531A1 (en) | Device for measuring soil resistance along the side surface of a pile |