Реферат: Обзор методов и способов измерения физико-механических параметров рыбы
Кинетические коэффициенты трения рыб.
Кинетические коэффициенты вычисляются как частное от деления силы трения на силу нормального давления. Силы трения определяются в зависимости от скорости скольжения на экспериментальных установках, описанных в разделе «Установки для исследования коэффициентов трения». Силы трения определяются по осциллограмме для того момента, когда фрикционный контакт полностью сформирован.
Анализируя осциллограмму процесса трения, можно еще раз убедиться в том, что сила трения зависит от площади фрикционного контакта. В начальный момент сила трения меньше, чем в конце; по мере формирования площади фрикционного кон такта она увеличивается. Площадь фрикционного контакта при движении формируется значительно быстрее, чем при покое. Ее формирование практически заканчивается за 5—6 с. В интервале исследованных скоростей будет иметь место полужидкостное трение.
В процессе взаимного перемещения между рыбой и соответствующим материалом устанавливаются фрикционные связи, которые непрерывно возникают и разрушаются. Количество установившихся связей зависит от относительной скорости скольжения, формы тела рыбы (т. е. площади фрикционного кон такта) и свойств исследуемого материала. Как правило, с увеличением скорости сила трения, а, следовательно, коэффициент трения уменьшаются. Это объясняется тем, что с увеличением скорости относительного перемещения уменьшается количество связей между рыбой и исследуемым материалом, а, следовательно, и коэффициентом трения. По-видимому, при скорости более 2 м/с имеет место жидкостный режим трения, при котором с увеличением скорости воз растает сила трения.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ДАННЫЕ О КОЭФФИЦИЕНТАХ ТРЕНИЯ РЫБ
Коэффициенты трения единичных экземпляров рыб.
Были проведены многочисленные исследования по определению коэффициентов трения единичных экземпляров некоторых видов рыб по материалам, наиболее часто используемым для изготовления рабочих органов рыбообрабатывающих машин.
Экспериментальные исследования по определению коэффициентов трения и кинематических коэффициентов трения про водили на установках, описанных в разделе «Установки для исследования коэффициентов трения».
Опыты проводили только с размороженной рыбой. Для достоверности результатов опыты по определению коэффициентов трения при одних и тех же продолжительности неподвижного контакта и скорости повторяли 15—20 раз, а затем определяли средние значения и средние квадратичные отклонения. По сред ним значениям строили графические зависимости коэффициен тов трения покоя от продолжительности неподвижного кон такта,
На рис. 5 представлены графические зависимости коэффициентов трения покоя сельди по нержавеющей стали, оргстеклу и прорезиненной лейте от продолжительности неподвижного контакта. Как видно из приведенных данных, наименьший коэффициент трения покоя получен при контакте сельди с оргстеклом, несколько больший — при контакте с прорезиненной лентой. Оргстекло имеет чистоту поверхности, соответствующую седьмому, а нержавеющая сталь — пятому классу шероховатости. При контакте рыбы с нержавеющей сталью и оргстеклом сила трения, по-видимому, в основном обусловливается адгезионной составляющей, поэтому коэффициенты трения сравнительно невелики.
Рис. 5. Зависимость коэффициентов трения покоя сельди от продолжительности неподвижного контакта: 1 — сельдь — прорезиненная лента; 2 — сельдь — нержавеющая сталь; 3 — сельдь — оргстекло: а — при ориентации рыбы головой по направлению движения; б — то же, хвостом по направлению движения.
Прорезиненная лента является легко деформируемым материалом, при контакте с которым сила трения обусловливается деформационной и адгезионной составляющими, а поэтому и коэффициент трения для этого материалов значительно больше, чем для других. При ориентации сельди хвостом по направлению движения коэффициент трения будет несколько больше, чем при ее ориентации головой по направлению движения. Это объясняется строением чешуйчатого покрова. При ориентации рыбы хвостом по направлению движения увеличивается деформационная составляющая силы трения.
Коэффициенты трения рыб, замороженных в брикеты.
Для транспортировки рыбы, замороженной в брикеты, по наклонным плоскостям и посредством конвейеров необходимо знать углы наклона, при которых возможна такая транспортировка. Углы наклона можно определить, если известны коэффициен ты трения
tgφ = tgα = f (3)
где φ - угол трения; α - угол наклона плоскости; f - коэффициент трения.
Коэффициенты трения рыбы, замороженной в брикеты, определяли на тех же экспериментальных установках, что и коэффициенты трения покоя отдельных экземпляров рыб. Исследованные поверхности водой не смачивались. На рис. 6 и 7 представлены экспериментальные данные исследований коэффициентов трения рыб, замороженных в брикеты, по нержавеющей стали и прорезиненной ленте в зависимости от продолжительности неподвижного контакта. Анализ опытных данных позволяет предполагать, что между льдом и исследуемой поверхностью устанавливаются так называемые мостики сварки, которые и обусловливают величину силы трения.
Рис. 6. Коэффициенты трения покоя различных видов рыб, замороженных в брикеты, в зависимости от продолжительности контакта с нержавеющей сталью:
1 — сельдь; 2 —треска; 3 —сайра; 4 — ставрида; 5 — скумбрия; 6 — сардинелла.
Рис.7. Коэффициенты трения покоя различных видов рыб, замороженных в брикеты, в зависимости от продолжительности неподвижного контакта с резиной:
1—сельдь; 2—треска; 3—сайра; 4 —ставрида; 5—скумбрия; 6 — сардинелла.
Чем больше продолжительность неподвижного контакта, тем больше устанавливается мостиков сварки и, следовательно, тем больше сила трения. Поскольку для разных видов рыб, замороженных в блоки, коэффициенты трения различны, то, по-видимому, от дельные экземпляры рыб по-разному касаются исследуемой поверхности. Чем больше поверхность касания, тем больше сила трения. Сила трения между брикетом и исследуемой поверхностью будет зависеть от толщины слоя глазуровки. Данный фактор, на наш взгляд, является решающим. В связи с этим приведенные экспериментальные данные являются сугубо ориентировочными.
РЕОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА РЕАЛЬНЫХ ТЕЛ
Реологические свойства реальных тел могут характеризоваться упругостью, вязкостью и пластичностью. При описании реологических свойств тела рыбы будут использованы и другие термины, такие, как напряжение, деформация, релаксация и т. д..
Под упругостью обычно понимают свойство тела мгновенно изменять спою форму под действием приложенной силы, а после снятия напряжения восстанавливать первоначальную форму.
Вязкость — мера сопротивления, течению жидкости, равная отношению напряжения сдвига к скорости сдвига. Различают ньютоновские и неньютоновские жидкости. Ньютоновская жидкость характеризуется тем, что напряжение в ней пропорционально скорости деформации, т. е. коэффициент динамической вязкости является величиной постоянной. У неньютоновской жидкости при заданных температуре и давлении коэффициент динамической вязкости зависит от скорости деформации.
Пластические свойства тела характеризуются пределом текучести, т. е. уровнем напряжения, ниже которого пластическая деформация отсутствует или незначительна. Пластическое тело, так же как и вязкое, является диссипативной системой. В случае вязкого течения механическая энергия, которая диссипировалась при возникновении данной деформации, зависит от скорости деформации, тогда как в случае пластического течения диссипированная энергия не зависит от скорости деформации.
Деформация представляет собой смещение частиц материального тела, при котором не нарушается непрерывность самого тела. Способность де формироваться под действием внешних сил — основное свойство материалов всех реальных тел.
Под деформацией обычно понимают не только процесс относительного перемещения точек тела, протекающий во времени, по и мгновенное перемещение точек тела в любой фиксированный момент времени в течение: этого процесса.
Деформация может быть другой, т. е. исчезающей после снятия нагрузки, и остаточной, необратимой. Если деформация тела под действием конечных сил растет непрерывно и неограниченно, значит, материал течет. Пластическое течение возникает только тогда, когда силы превышают некоторый предел, называемый пределом текучести. Вязкое течение может происходить под действием любых сил. Скорость деформации в этом случае пропорциональна величине действующей силы и при исчезновении ее обращается в нуль. Следовательно, материал, которому присуще вязкое течение, является жидкостью, так как сколь угодно малому напряжению отвечает неограниченное возрастание деформации со временем; после снятия напряжения деформация не восстанавливается. Обратимость деформации есть проявление свойства упругости, и соответственно вся обратимая деформация является упругой. При снятии нагрузки упругая деформация полностью исчезает.
Под действием внешних сил происходит изменение формы и размеров тела, т. е. все реальные тела деформируются. Величина и характер деформации зависят от свойств материала, его формы и способа приложения внешних сил. Деформация тела сопровождается возникновением внутренних сил взаимодействия между частицами, т. с. напряжением. Под напряжением понимается мера интенсивности внутренних сил.
Различают мгновенную и запаздывающую упругую деформации. Поскольку в реальных телах, как деформация, так и напряжение распространяются с конечной скоростью, то мгновенная деформация является абстракцией. Если скорость распространения деформации весьма велика, то время процесса деформации с небольшой погрешностью можно принять равным нулю. Такую деформацию принято называть мгновенной.
Упругую деформацию, протекающую во времени, принято называть запаздывающей упругой деформацией.
Под ползучестью понимается возрастание деформации при постоянном напряжении, а соответствующая деформация называется деформацией ползучести.
Релаксация напряжений — это уменьшение напряжений в теле при постоянной деформации. При этом предполагается, что деформация создается с большой скоростью, в противном случае релаксация напряжений может частично пли полностью пройти за время создания деформации.
МЕХАНИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ, ОПИСЫВАЮЩИЕ РЕОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА РЕАЛЬНОГО ТЕЛА
Процесс деформации реального тела весьма сложен, поэтому построить математическую модель такого тела трудно даже при наличии эмпирических коэффициентов. В действительности модель должна описывать такие свойства, как упругая деформация, пластическое и вязкое течение, ползучесть и релаксация и т. д. Если бы даже удалось создать такую модель, то она была бы слишком громоздкой для того, чтобы служить основой для решения задач, связанных с определением напряжений и деформаций в твердых телах. В связи с этим обычно пользуются более простыми моделями, описывающими лишь те механические свойства, которые наиболее существенны для рассматриваемой задачи.