GIÁO TRÌNH THÍ NGHIỆM GỐM SỬ - BÀI 1 TÍNH CHẤT LƯU BIẾN – ĐO ĐỘ LƯU ĐỘNG CỦA HỒ GỐM SỨ

Lưu biến học nghiên cứu biến dạng vật liệu thực và hiện tượng chảy của chất lỏng nhớt. Mục đích là tìm hiểu và tính toán được quan hệ giữa ứng suất và biến dạng, vận tốc biến dạng, hiểu được quan hệ giữa cấu trúc vật liệu và các tính chất cơ học và lưu biến của nó. Dưới tác dụng của ngoại lực mọi vật thể đều biến dạng. - Biến dạng đàn hồi là thuận nghịch. - Biến dạng dẻo có tính vĩnh cửu. Khi tiếp tục có ứng suất, biến dạng tiếp tục tăng lên....
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
GIÁO TRÌNH THÍ NGHIỆM GỐM SỬ - BÀI 1 TÍNH CHẤT LƯU BIẾN – ĐO ĐỘ LƯU ĐỘNG CỦA HỒ GỐM SỨ BÀI 1 TÍNH CHẤT LƯU BIẾN – ĐO ĐỘ LƯU ĐỘNG CỦA HỒ GỐM SỨ Lưu biến học nghiên cứu biến dạng vật liệu thực và hiện tượng chảy của chất lỏng nhớt. Mục đích là tìm hiểu và tính toán được quan hệ giữa ứng suất và biến dạng, vận tốc biến dạng, hiểu được quan hệ giữa cấu trúc vật liệu và các tính chất cơ học và lưu biến của nó. Dưới tác dụng của ngoại lực mọi vật thể đều biến dạng. - Biến dạng đàn hồi là thuận nghịch. - Biến dạng dẻo có tính vĩnh cửu. Khi tiếp tục có ứng suất, biến dạng tiếp tục tăng lên. Khi ứng suất biến mất, biến dạng dừng lại và vật thể vẫn giữ nguyên hình dạng đã bị biến dạng. - Biến dạng nhớt hay dòng chảy dv τ = ηD D= (1.1); (1.2) dS trong đó: D - vận tốc biến dạng, τ - ứng suất trượt, η - độ nhớt động lực. Chất lỏng tuân theo công thức 1.1 gọi là chất lỏng Newton, ứng suất ở đây là ứng suất tiếp tuyến. η là hằng số và phụ thuộc vào cấu trúc của từng loại chất lỏng. Độ nhớt động học thể hiện mức độ nhớt dính chống lại chuyển động của từng lớp chất lỏng với nhau để chảy thành dòng. Đơn vị của η là Pa.s (N.s/m2). Độ nhớt động lực và mật độ là hai thông số cơ bản của một chất lỏng, chúng thường cùng xuất hiện trong các phương trình truyền nhiệt, truyền chất và dòng chảy. Vậy để thuận tiện, người ta đưa ra khái niệm độ nhớt động ν. Chúng ta có quan hệ η (1.3) trong đó ρ là mật độ của chất lỏng hay chất lỏng nóng chảy (kg.m-3). ν= ρ Đơn vị của ν là m2.s-1. Tồn tại một số chất lỏng có hệ số độ nhớt η không là hằng số mà thay đổi phụ thuộc vào ứng suất trượt, hay chất lỏng chảy thành dòng chỉ sau khi ứng suất vượt qua cái gọi là ứng suất trượt giới hạn τm. Chúng đều được gọi là chất lỏng không Newton. Các loại chất lỏng được thể hiện trên hình 1.1. Hình 1.1. Đường cong dòng chảy của các loại vật liệu lý tưởng theo phương τ trình D = f(τ). 1-chất lỏng Newton D = , 2-chất lỏng giả dẻo D = kτn khi n > 1, 3- η τ − τK chất lỏng dãn nở D = kτn khi n < 1, 4-chất lỏng Bingham D = , 5-chất lỏng giả η ( ) 2 τ − τK dẻo có ứng suất trượt giới hạn τK trong công thức D = , 6-vật liệu dãn nở η có ứng suất trượt giới hạn τK trong công thức D = k(τ - τK)n, n Hình 1.2. Các loại ứng xử lưu biến của vật liệu. a) Vật liệu Newton, b) Vật liệu Bingham. Khi α tăng lên, huyền phù keo tụ, khi α giảm xuống, huyền phù giải keo tụ. Nếu như các hạt tập hợp lại, chẳng hạn như các hạt dạng tấm có cạnh gắn vào bề mặt, hệ bắt đầu thể hiện như một vật rắn và biến dạng khi ứng suất tác dụng vượt qua một ứng suất nhất định nào đó gọi là giới hạn dòng τK. Vật liệu này được gọi là vật liệu Bingham. Độ nhớt động lực tính theo phương trình τ − τK với τK là giới hạn dòng [Pa]. η= D Như đã nói ở trên, đối với vật liệu thực phương trình D(τ) là phi tuyến (là đường cong) và có thể -Phi tuyến không phụ thuộc thời gian: quá trình xảy ra khi tăng vận tốc biến dạng và giảm vận tốc biến dạng đều xảy ra như nhau, như trên hình 1.1. -Phi tuyến phụ thuộc vào thời gian: quá trình xảy ra khi tăng vận tốc biến dạng và khi giảm vận tốc biến dạng có hiện tượng trễ. Xem hình 1.3. Hình 1.3. Vật liệu lưu biến phụ thuộc vào thời gian. 1-thixotropy dương, 2- rheopexy dương, 3-thixotropy âm, 4-rheopexy âm. Tuỳ theo diễn biến của đường cong biến dạng có thể đánh giá cấu trúc và ứng xử của vật liệu. Chẳng hạn như, nếu pha phân tán dạng rắn có xu hướng ít hấp phụ môi trường phân tán lên bề mặt của nó, khi vận tốc biến dạng cao, do ma sát giữa các bề mặt hạt rắn làm vật liệu thể hiện tính dòn và mất đi tính liên tục của nó. Như vậy vật liệu sẽ có độ nhớt biểu kiến tăng lên và được xem như có tính dãn nở (xem đường cong 3 trên hình 1.1). Ngược lại, nếu các hạt kết tụ nhau lại, chẳng hạn, các hạt dạng tấm gắn kết theo kiểu cạnh-mặt phẳng, khi hệ biến dạng và ứng suất vượt qua một ứng suất nhất định nào đó, khi gradient vận tốc tăng lên thì độ nhớt có thể giảm đi. Vật liệu này được gọi là dẻo (xem đường cong 5). Nếu vật liệu trong quá trình biến dạng chuyển từ kiểu này sang kiểu khác thì được gọi là vật liệu nhớt cấu trúc. Ở vật liệu phụ thuộc thời gian, khi tăng gradient vận tốc thì độ nhớt giảm, khi giảm gradient vận tốc thì độ nhớ ...