本文關鍵詞： 顆粒材料 環(huán)剪儀 臨界剪切速率 剪切流動 流動狀態(tài)轉化　出處：《力學學報》2016年05期 　論文類型：期刊論文

【摘要】：顆粒材料的剪切流動行為廣泛地存在于滑坡、泥石流等自然災害以及礦物原料傳輸、泵送等工業(yè)過程中.顆粒材料在不同體積分數、剪切速率和應力約束下會表現出不同的流動狀態(tài)并發(fā)生相互轉化.對顆粒材料在剪切流動過程中力學特性的研究有助于加深理解其發(fā)生不同流動狀態(tài)的內在機理,為解決相應的顆粒材料問題提供理論依據.為此,本文研制了顆粒材料剪切流動的中型環(huán)剪儀,并對顆粒材料在不同法向約束應力和剪切速率下的剪切應力和體積膨脹率進行了測試.結果表明,剪切應力和體積膨脹率均隨剪切速率的增大而增大,但增長速率在臨界剪切速率處發(fā)生轉變,使其隨剪切速率的平方呈分段式線性增長.通過對顆粒材料在不同剪切速率和慣性數下有效摩擦系數變化趨勢的分析,討論了顆粒材料由慢速流向快速流轉化的基本規(guī)律,以及在臨界剪切速率處發(fā)生流動狀態(tài)轉化的內在條件.此外,通過對不同法向應力下臨界剪切速率以及快速流動下運動規(guī)律的測試,發(fā)現臨界剪切速率隨法向應力的增加而減小,即法向應力可促進顆粒材料由慢速流向快速流的轉化,但在快速流動狀態(tài)下的有效摩擦系數對法向應力不敏感.以上對顆粒材料在不同剪切速率、法向應力下流動狀態(tài)的環(huán)剪試驗研究有助于揭示其發(fā)生不同流動狀態(tài)轉化的內在機理.
[Abstract]:The shear flow behavior of granular materials is widely used in industrial processes such as landslides, natural disasters such as debris flows and mineral raw materials transport and pumping. Under shear rate and stress constraints, different flow states will appear and mutual transformation will occur. The study of mechanical properties of granular materials in shear flow process will contribute to a better understanding of the intrinsic mechanism of different flow states. In order to provide the theoretical basis for solving the corresponding particle material problems, a medium size annular shear apparatus for the shearing flow of granular materials is developed in this paper. The shear stress and volume expansion ratio of granular materials under different normal confinement stress and shear rate are tested. The results show that both shear stress and volume expansion ratio increase with the increase of shear rate. However, the growth rate changes at the critical shear rate, which increases linearly with the square of the shear rate in a piecewise manner. The variation trend of effective friction coefficient of granular materials at different shear rates and inertial numbers is analyzed. In this paper, the basic law of the fast flow transition from slow to fast flow of granular materials is discussed, and the internal conditions of flow state transition at critical shear rate are also discussed. It is found that the critical shear rate decreases with the increase of normal stress, that is, the normal stress can promote the transformation of particle materials from slow to fast flow through the measurement of the critical shear rate under different normal stresses and the law of motion under the rapid flow. But the effective friction coefficient under the condition of rapid flow is not sensitive to normal stress. The experimental study on the flow state under normal stress is helpful to reveal the internal mechanism of the transition of different flow states.
【作者單位】： 大連理工大學工業(yè)裝備結構分析國家重點實驗室;
【基金】：國家自然科學基金(U1234209,11572067) 國家重點基礎研究發(fā)展計劃(2010CB731502)資助項目
【分類號】：O347.7

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本文編號：1513160