ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы ПРОЧНОСТЬ В СТАТИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ из "Механические испытания катализаторов и сорбентов" Требования к методам оценки прочности гранул в статических условиях. Измерения прочности в статических условиях получи-ли, естественно, наибольшее распространение [3—10] они характеризуются относительной простотой, общностью — приложимостью к очень широкому кругу материалов, наглядностью результатов. Необходимо подчеркнуть некоторые требования, как общего характера, так и специфические, относящиеся к статическим методам и соответствующим приборам. [c.25] Таким образом, основная проблема — это трудность получения абсолютных значений прочности материала гранул по некоторой единой схеме испытаний для гранул всех типов, с использованием одного и того же однородного напряженного состояния. Для обычных конструкционных материалов в таких случаях могут быть привлечены известные теории прочности, позволяющие вычислить с помощью некоторых стандартных соотношений значения предела прочности (при однородном растяжении или сжатии) по данным испытаний в других, однородных или неоднородных напряженных состояниях [34]. В нашем случае упруго-хрупких материалов можно было бы, например, воспользоваться гипотезой о предельных деформациях растяжения (вторая теория прочности). [c.26] Однако здесь мы встречаем новые трудности. Интересующие нас пористые материалы часто не подчиняются элементарным теориям прочности, в том числе и упомянутой второй теории. Это связано, в частности, с тем, что при гидростатическом сжатии прочность таких материалов отнюдь не бесконечна — они обнаруживают склонность к своеобразному хрупкому смятию , которая проявляется и при других видах испытаний, например при испытаниях на срез или при раздавливании шариков образование площадок смятия затрудняет при этом использование решений известных контактных задач [35]. В связи с этим очевидна необходимость детального теоретического и экспериментального развития представлений о природе прочности и механизме разрушения дисперсных пористых тел как с позиций механики, так и особенно в физико-химическом аспекте [2]. Такие исследования охватывают и многие другие, близкие по структуре материалы —грунты, строительные материалы, метал- локерамику [36— 38] и требуют привлечения статистических представлений [39, 40]. Обсуждение результатов этих работ выходит за рамки данной брошюры они не позволяют пока еще дать исчерпывающий ответ на поставленный практикой вопрос об унификации способов измерения прочности гранул, однако ряд развитых представлений может быть с успехом использован. [c.26] Анализ изложенных соображений позволяет сделать некоторые предварительные практические выводы. В качестве основного способа испытаний в статических условиях естественно выбрать раздавливание гранул, как наиболее простой и широко приложимый метод, отвечающий в значительной мере реальным условиям разрушения. При этом задачи определения механических характеристик следует разделить на две группы. [c.27] Во-первых, это получение достаточно полных сведений о прочности материала гранул на основе всестороннего обследования в разных напряженных состояниях, при различных скоростях нагружения и т. д. Такие сведения необходимы при разработке новых материалов, обосновании оптимальной технологии, сравнении материалов, выпускаемых различными предприятиями, при развитии теоретических исследований. В данном случае наиболее универсальная характеристика—это прочность на сжатие в условиях, наиболее приближающихся к однородному напряженному состоянию, т. е. для таблеток с плоскими торцами— при раздавливании по оси , а для других типов гранул — при соответствующем обтачивании образцов (при этом необходимо иметь в виду, что образцы обычно имеют примерно одинаковые размеры по высоте и диаметру, и следует учитывать. влияние трения об опоры [41]) иногда могут быть использованы эластичные прокладки, особенно при испытании сферических гранул. Вместе с тем желательно проведение испытаний на изгиб (растяжение), срез, измерение твердости (сопротивления смятию) и т. п. [c.27] Во-вторых, из этого широкого круга испытаний целесообразно выделить для повседневного оперативного контроля качества гранул один (самое большее два) наиболее простой и характерный способ, не обязательно обеспечивающий абсолютное определение прочности материала, но зато надежно воспроизводимый и, главное, дающий минимальное значение усилий, /разрушающих гранулу, что особенно важно в практическом отношении. Для шариков и неправильных кусочков — это просто раздавливание между жесткими опорами для различных таблеток, цилиндриков, червячков , колец, как будет показано ниже,— раздавливание перпендикулярно к оси, т. е. по образующей (без прокладок ) для червячков и особенно для вермишели , кроме того,— изгиб. [c.27] Обе эти группы измерений должны выполняться, вообще говоря, на одной и той же стандартной аппаратуре впрочем, для повседневных испытаний данного материала могут быть исполь-зованьГи несколько упрощенные конструкции (с более узкими диапазонами). [c.27] Конструкция прибора для статических испытаний. В соответствии с этими требованиями в Институте физической химии АН СССР разработан и испытан опытный образец универсального прибора МП-2С для определения механических характеристик пористых дисперсных тел в статических условиях (рис. 15 И 16). В качестве основной схемы избрано определение с помощью пружинного силоизмерителя (верхняя опора) усилия, необходимого для разрушения образца 7, который располагается на столике 8, перемещающемся с заданной скоростью (нижняя опора). [c.28] Главные части силоизмерителя— плоская, консольно закрепленная пружина 2 и многооборотный. микронный индикатор перемещений часового типа 1, по которому определяется прогиб пружины. Точка опоры индикатора о пружину располагается между местом крепления пружины и точкой приложения нагрузки (имеется несколько фиксированных положений индикатора). Благодаря этому пружина силоизмерителя используется как рычаг второго рода и индикатор, требующий для приведения в действие его механизма усилий 100 Г, позволяет измерять малые нагрузки порядка нескольких грамм. [c.28] Разумеется, при таком способе измерений в этом наиболее чувствительном диапазоне динамометр оказывается недостаточно жестким и конец пружины в точке приложения нагрузки испытывает значительные отклонения от горизонтали. В связи с этим между образцом и пружиной силоизмерителя укреплен в вертикальных шариковых направляющих 4 шток 5, собственный вес которого компенсируется весьма мягкой спиральной пружиной 3. Переход на более грубые диапазоны достигается заменой пружины силоизмер ителя (при соответствующем выборе точ КИ опоры индикатора). Таким образом удается охватить Измеряемые усилия (табл. 1) от 5 Г до 100 кГ (с ручным приводом— до 200 кГ). Описанный динамометр имеет высокую чув-ств ительность и малую инерционность по сравнению с распространенными в испытательных машинах системами — рычажновесовой, маятниковой и манометрической [42, 43]. Абсолютная калибровка пружин силоизмерителя осуществляется с помощью несложного рычажного приспособления 19. [c.28] Вместе с тем прибор МП-2С имеет приспособления, позволяющие использовать и другие методы. [c.30] До сих пор речь шла лишь об измерении прочности — однократном отсчете по шкале индикатора предельной нагрузки, которую выдерживает гранула упруго-хрупкого материала. Описываемый прибор обеспечивает также проведение некоторых реологических измерений. [c.30] Прибор МП-2С предназначен для измерения прочности образцов при общих нагрузках до 100 кГ. Для испытания образцов, имеющих большую прочность, дополнительно разработаны специальные приспособления 20 к школьному гидравлическо- ми прессу (площадки, раздвижные опоры и пр.), выполненные конструктивно так же, как и приспособления к МП-2С, но рас-считанные на нагрузки до 3000 кГ. [c.31] На основе прибора МП-2С нами разработан также упрощенный вариант конструкции — прибор МП-9С, имеющий в основном те же узлы и сменные инструменты, но без электрического привода. Прибор позволяет испытывать образцы высотой до 100 мм, с измерением усилий от 5 Г до 200 кГ, при нагружении ручным приводом с инерционным выравнивателем со скоростью 2—5 мм1мин. [c.31] Описанные приборы можно использовать для испытания не только катализаторов, носителей, сорбентов, но также и образцов других материалов (с относительно невысокой прочностью, характерной для пористых тел), например строительных материалов на основе минеральных вяжущих веществ, грунтов, металлокерамических изделий, гранулированных удобрений и т. д. [c.31] Основные закономерности разрушения гранул при статическом нагружении. Ранее, анализируя постановку испытаний на истирание, мы показали необходимость детального обоснования всех параметров, определяющих режим испытаний. В рассматриваемом случае характерным примером может служить выбор оптимальной скорости нагружения гранул или, при данной жесткости динамометра, скорости подъема рабочего столика V. Если в широком интервале скоростей прочность инвариантна, то выбор скорости диктуется, очевидно, лишь соображениями удобства продолжительность нагружения от О до критиче ской величины усилия должна быть не очень малой, чтобы достаточно точно фиксировать максимальную нагрузку в начальный момент разрушения образца, и вместе с тем — из экономии времени — не очень большой (обычно порядка 10—15 сек). Однако значительные осложнения могут быть внесены чувствительностью материала к скорости нагружения. [c.31] На рис. 17 приведены результаты измерения прочности Р ряда катализаторов в широком интервале значений V (а — алю-мооиликатный шариковый катализатор, партия А в — К-16, партия А, раздавливание по образующей б — активная окись алюминия, раздавливание по образующей, ИК СО АН СССР г — то же, раздавливание по торцу). Действительно, в некоторых случаях обнаруживается существенная зависимость Р от V. [c.31] Изложенные методы были использованы в лаборатории прочности дисперсных структур Института физической химии АН СССР для испытания на приборах МП-2С и МП-9С свыше 100 промышленных и опытных образцов катализаторов, сорбентов носителей характерные результаты представлены ниже. [c.32] В табл. 2 приведены значения прочности для образцов цилиндрической формы, диаметром 2Я и высотой Н, при раздавливании между жесткими опорами, без прокладок и смазки, в двух положениях вертикальном , когда усилие направлено вдоль оси цилиндра, и горизонтальном (при раздавливании по образующей ), когда усилие перпендикулярно оси цилиндра. В первом случае разрушающее усилие, отнесенное к площади сечения пН , обозначено через Рп. Во втором случае наибольшая нагрузка отнесена к площади 2ЯН в соответствии с характером разрущения образцов (они раскалываются при этом по вертикальной плоскости, параллельной оси цилиндра) эта величина обозначена через Р о-Таблетки и цилиндрики с выпуклыми основаниями испытывались двумя способами без обработки и после сошлифовывания торцов на наждачной бумаге. Для катализаторов, формованных в виде червячков , выбирались ровные неискривленные участки, из которых вырезались цилиндрики с плоскопараллельными основаниями, с высотой, приблизительно равной диаметру. Для сопоставления приведены также некоторые данные для сферических гранул и катализаторов, кусочки которых имеют неправильную форму в последнем случае для испытаний выпиливались кубики или параллелепипеды. [c.32] Материал Форма и размеры гранул, и Прочность, кГ/см О. [c.34] Вернуться к основной статье