Приливные волны и направленный перенос масс земли - Ревуженко А.Ф.
ISBN 978-5-02-019126-6
Скачать (прямая ссылка):
Для реализации процесса возможны самые различные технические решения. Некоторые примеры технических решений рассмотрены в [41, 43].
§21. Приложения эффектов сложного нагружения для обработки неупругих материалов
1. Способ создания (уплотнения) однородных плотных упаковок частиц порошковых материалов.
В некоторых технологических процессах возникает проблема создания однородных плотных упаковок частиц порошковых материалов. Причем эти упаковки должны иметь минимальное число дефектов, особенно крупных (арок, дислокаций, вакансий). Идеальным был бы способ формирования упаковки по одной частице, когда очередная частица непосредственно укладывается в нужное место упаковки. Однако технически этот способ нереален, поэтому необходимо ставить задачу по-другому. А именно, пусть уже задана некоторая упаковка частиц, которая получена произвольным образом (например, путем засыпки материала струей или дождем). При этом исходная упаковка частиц будет неоднородной, как правило, рыхлой и, главное, будет содержать множество дефектов. Причем большая часть этих дефектов — довольно устойчива к внешнему обжатию. Теперь задача сводится к тому, чтобы улучшить качество исходной упаковки.
Обычно для уплотнения используется вибрация. Этот способ имеет ряд недостатков. Вибрация приводит к сегрегации, а при большой интенсивности и к вихревым течениям, а значит, и к неоднородности упаковки. Кроме того, вибрация требует большого времени.
Рассмотренные выше способы нагружения приводят к деформированию всего объема материала, причем к деформированию квази-статическому и близкому к однородному. Вследствие свойства псевдовязкости (§ 20) дефекты разрушаются и упаковка переходит в плотное состояние с меньшим числом дефектов [271, 272].
2. Реализация больших пластических деформаций. Обратимся к эффекту направленного переноса. На рис. 21.1 изображены картины деформирования области, близкой к кругу. В начальном положении половина области закрашена в черный цвет, другая половина — в белый.
Видно, что длина границы раздела неограниченно увеличивается. При этом внешняя деформация области имеет порядок 1-b/a, т. е. мала (а, б как и прежде полуоси эллипса), однако за счет эффекта накопления внутренних деформаций может быть сколь угодно большой. Это свойство можно использовать для реализации различных процессов обработки материалов давлением [273].
3. Композиционные материалы. Осуществим теперь сложное нагружение образца, составленного из различных материалов. Тогда, подбирая различные исходные сочетания компонентов одинаковой плотности, можно получить различные композиционные материалы (рис. 21.2) [42].
4. Операция усреднения. Эффект направленного переноса приводит к смещению материалов или их усреднению (в условиях отсутст-
вия переноса массы по радиусу). Нетрудно определить параметры процесса, которые обеспечивают одинаковое содержание компонент разных типов в любом наперед заданном объеме пробы [45].
Возможны и некоторые другие приложения [49].
§ 22. Задача о формировании шара под действием сил поверхностного натяжения
Приливные деформации приводят к преобразованию тела из эллипсоида (в первом приближении) в эллипсоид с теми же осями, но повернутыми относительно тела на определенный угол. Приближенно данное преобразование можно считать аффинным. Данный подход можно применить к решению еще одной задачи, возникающей в некоторых технологических процессах получения гранулированных материалов.
Согласно классическому опыту Плато, жидкость в свободном состоянии принимает форму шара. Это свойство используется при изготовлении ряда гранулированных материалов. Здесь возникает задача анализа эволюции изолированного объема жидкости под действием сил поверхностного натяжения. Представляет интерес получение количественных оценок как для линейно-вязких, так и для сред с более сложной реологией. В строгой постановке задача является весьма трудной в силу нелинейности, а также в связи с ее трехмерностью и необходимостью анализа инерционных эффектов. С учетом неизбежной приближенности «строгой» постановки для описания реальной ситуации представляется необходимым поиск идеализации, которая позволила бы учесть основные черты реального процесса и преодолеть трудности «строгой» постановки.
Пусть в исходном состоянии объем имеет форму эллипсоида. При подходящих внешних условиях под действием сил поверхностного натяжения объем через определенное время приобретает форму шара. Таким образом, результирующее преобразование является аффинным. С достаточной степенью точности можно предположить, что и в промежуточные моменты времени объем имеет форму эллипсоида, т. е. в своей эволюции он проходит через последовательность эллипсоидов. Следовательно, задача сводится к исследованию однородного течения с учетом сил инерции и, возможно, сложной реологии среды. Как отмечалось, течение происходит под действием сил поверхностного натяжения. В реальных условиях процесс осуществляется в присутствии внешней среды (это позволяет приблизиться к условиям невесомости), поэтому энергия
