Разрыв жидкостей при растяжении

Разрыв жидкостей при растяжении [c.95]

РАЗРЫВ ЖИДКОСТЕЙ ПРИ РАСТЯЖЕНИИ [c.97]

Как отмечалось выше, согласно элементарной теории возникновения кавитации, каверны образуются, когда локальное давление в жидкости падает до давления насыщенного пара. Однако в действительности это явление значительно сложнее. Хотя экспериментальные исследования показывают, что кавитация действительно возникает при давлении, близком к давлению насыщенного пара, для воды и других жидкостей известны более или менее значительные отклонения, которые противоречат упомянутой теории. Определим давление насыщенного пара как равновесное давление паров жидкости при заданной температуре над существующей свободной поверхностью. При образовании каверны в однородной жидкости должен произойти разрыв, поэтому необходимое напряжение определяется не давлением насыщенного пара, а прочностью жидкости на разрыв при данной температуре. Естественно, возникает вопрос о величине напряжений, которые может выдерживать жидкость при растяжении, и их связи с экспериментально наблюдаемыми явлениями при возникновении кавитации. В этой главе мы рассмотрим влияние различных факторов на эффективную прочность жидкости на разрыв и возникновение кавитации сначала в чистых однородных жидкостях, а затем в системах жидкость — твердое тело, с которыми мы имеем дело на практике. [c.71]

Капельная жидкость, воспринимая произвольные сжимающие усилия, терпит, как показывает опыты, разрыв при растяжении. Отсюда следует, что в жидкости действуют лишь нормальные сжимающие усилия. [c.19]

Нарушение сплошности движущейся капельной жидкости, ее разрыва под действием растягивающих растяжений, возникающих при разрежении в рассматриваемой точке жидкости, называется кавитацией. При разрыве капельной жидкости образуются полости - кавитационные пузырьки, или каверны, заполненные паром, газом или их смесью. Кавитационные пузырьки образуются в тех местах, где давление в жидкости становится ниже некоторого критического. Критическое давление, при котором происходит разрыв жидкости, зависит от многих факторов чистоты жидкости, содержания газа, состояния поверхности, на которой возникает кавитация. [c.17]

Измерения были выполнены Дэвисом и др. [13] с помощью двух разных методов. В одном из них заполненная жидкостью стальная трубка закрывается с обеих сторон свободными поршнями. В один из поршней выстреливают свинцовой пулей. В результате в жидкости образуется волна сжатия, отражающаяся от поршня на противоположном конце трубки. Под действием полученного импульса отражающий поршень приходит в движение. Если его масса не слишком велика, то знак импульса давления в отраженной волне меняется на противоположный и в жидкости возникают отрицательные давления. Зная массы поршней, зависимость от времени давления, развивающегося при ударе пули, плотность жидкости и скорость звука в ней, можно рассчитать величину и продолжительность импульса давления и его значение в отраженной волне. Если вода прилипает к поршню- и жидкость сопротивляется растяжению, то отражающий поршень затормозится. Если же возникает кавитация, то торможения не происходит. По результатам измерения движения поршня определяют отрицательное давление, при котором происходит разрыв жидкости. [c.77]

Нас будут интересовать те работы по наблюдению разрыва жидкостей, в которых авторы стремились приблизиться к чистым условиям и получить сведения о максимально достижимых напряжениях (—р). Как уже отмечалось в предыдущем параграфе, при температурах ниже —0,9 Гк гомогенное зародышеобразование пойдет с заметной скоростью только при растяжении жидкости (р < < 0). Таким образом, широкая температурная область от точки кристаллизации (т = 0,24 для н-пентана, т = = 0,42 для воды) до т 0,9 принадлежит в этом смысле к отрицательным давлениям. Здесь нужны специфические методы исследования максимальных перегревов используется различие в коэффициентах термического расширения, сжимаемости жидкости и стекла, центрифугирование, создание инерционных нагрузок. Например, стеклянная трубка с жидкостью запаивается так, чтобы в ней оставался лишь маленький пузырек воздуха и паров. Затем небольшим нагреванием трубки добиваются растворения пузырька. Теперь жидкость полностью заполняет объем, смачивает всю внутреннюю поверхность трубки. При постепенном понижении температуры возникают растягивающие напряжения в системе. Они увеличиваются и, наконец, происходит разрыв жидкости, который сопровождается резким щелчком. Образуется один или несколько пузырьков. Давление в момент разрыва можно оценить по объему выделившихся пузырьков или по изменению объема всей трубки. Предполагаются известными сжимаемость жидкости и стекла. Мейер [97] приваривал к трубке спираль из стеклянного капилляра. На конце капилляра было зеркальце. Это устройство служило манометром. В другой серии опытов прибор помещался в дилатометр для определения изменений объема растянутой жидкости. Мейер обнаружил линейную зависимость объема от давления для воды и спирта между +7 и —26 атм, для эфира между +7 и —17 атм. Он отметил, что пузырек возникает в местах соприкосновения жидко- [c.96]

Диспергирующее действие ультразвука давно известно и применяется в технике. При прохождении ультразвука в жидкости в последней возникают большие давления и напряжения растяжения, измеряемые многими атмосферами. Жидкость не выдерживает растягивающих усилий и в местах, где имеются примеси или газовые пузыри, происходит разрыв жидкости, который приводит к явлению кавитации. Явление кавитации способствует разрушению твердых материалов. Если в жидкости имеется абразивный порошок, то под действием ультразвукового поля частицы абразива получают огромные ускорения и ударяются в обрабатываемый предмет с силой, превосходящей их собственный вес в несколько тысяч раз. Таким образом, явление кавитации усиливается действием абразивных частиц. Физические явления, происходящие при ультразвуковой обраб,отке, в настоящее время изучаются. [c.328]

Согласно кинетической теории жидкости очень чистые вещества в жид-. ком состоянии должны разрываться При очень высоких напряжениях растяжения, достигающих десятков мегапаскалей. Однако реальная прочность Жидкостей при знакопеременном нагружении существенно ниже расчетной. Это связано с тем, что согласно современным представлениям о кавитационной прочности жидкостей разрыв ее при воздействии растягивающих напряжений происходит в местах появления зародышей новой фазы. Поскольку кавитационная прочность [c.449]

При прохождении ультразвуковых колебаний через жидкость периодически создаются усилия растяжения и сжатия. В этом случае в микрообъемах жидкости происходит разрыв среды с образованием большого количества пузырьков. [c.176]

В то же время по исследованиям Майера, если подвергнуть жидкости всестороннему отрицательному давлению и устранить таким образом возможность их течения, они могут оказывать значительное сопротивление растягивающим усилиям. Для доказательства этого положения Майером был проведен следующий эксперимент. Стеклянный закрытый сосуд, полностью заполненный ртутью, охлаждался. Так как коэффициент расширения стекла меньше коэффициента расширения ртути, то при охлаждении сосуда жидкость в нем подвергалась всестороннему растяжению. Таким образом Майер растянул ртуть на 1,4%, что соответствует отрицательному давлению примерно 100 атм. Это большое отрицательное давление еще не было пределом прочности ртути, так как происходил не разрыв ртути, а отрыв ее от стенок сосуда. [c.11]

В настоящее время кавитацией называют нарушение сплошности жидкости, т.е. образование под действием динамического давления в ней полостей - кавитационных пузырьков или каверн, заполненных газом или паром этой жидкости или их смесью [1,2]. В кинетической теории жидкости [31, которая объясняет явление кавитации, и во многих других работах [2, 4-7] указывается, что разрыв при растяжении жидкости всегда начинается в каком-либо "слабом месте - кавитационном ядре, например, на поверхности микроскопического пузырька, у трещин в стенке устройства, в мехпри-меси и т.д. При растяжении жидкости под действием разности давлений, вызванной динамикой течения жидкости или волновыми колебаниями в ней, объем полости пузырька увеличивается, а от давления сжатия кавитационный пузырек уменьшается и в заключительной стадии смыкания, которая происходит с высокой скоростью. [c.144]

АНИЗОТРОПИЯ, явление, выражающееся в зависимости физич. величин, выражающих определенное свойство твердого или жидкого тела от направления, вдо.11Ь к-рого эта величина (коэфициент теплопроводности, показатели преломления, прочность на разрыв и др.) измеряется. Тела, обладающие А., называются анизотропными в противоположность изотропным, в к-рых свойства по всем направлениям одинаковы. Анизотропная среда однородна (гомогенна) в том случае, когда зависимость физич. свойств от направления одинакова в различных точках среды. Для данного направления все физич. свойства однородного тела не зависят от положения элемента объема, длп к-рого онп исследуются. Однородная А. может быть обусловлена строением тела, наличием кристаллич. структуры или резко выраженной асимметрией его молекул, легко ориентирующихся под влиянием внешнего или собственного поля (жидкие кристаллы, кристаллич. жидкости). А. (например местная) возникает также в результате односторонних деформаций тела (возникновение неравномерно распределенных внутренних напряжений при растяжении, одностороннем сдавливании тел, закалке, вообще при разных видах механической обработки). Поверхностный слой всякого тела вызывает местную А., делая тело неоднородным вблизи поверхности раздела с окружающей средой. При этом А. поверхностного слоя выражается в том, что физич. свойства по тангенциальным направлениям (лежащим в поверхности) отличны от свойств в направлении, нормальном ij поверхностному слою. Тела м. б. анизотропны в отношении одних свойств (напр, оптических) и изотропны относительно других (напр, упругих). Кристаллы всех систем кроме кубической оптически анизотропны. В таких кристаллах по каждому направлению (за исключением направления. лучевых осей) идут два луча, оба поляризованных во взаимно перпендикулярных плоскостях. Оба эти луча распространяются в кристалле с разной скоростью. А. может быть исследована по характеру зависимости физич. свойств напр, тепловых или механических) в данной среде. В прозрачных телах для изучения А. удобнее исследовать оптич. свойства (напр, по отношению к поляризованному свету). Наиболее полным методом исследования является исследование структуры (рентгено- или электро-нографич. анализ), обусловливающей А. [c.388]

Па (—1500 кгс/см ). Реальные жидкости менее прочны. Макс. растяжение тщательно очищенной воды, достигнутое при растяжении воды при 10°С, составляет — 2,8-10 Па (—280 кгс/см ). Обычно же разрыв возникает при давлениях, лишь немного меньших давления насыщ. пара. Низкая прочность реальных жидкостей связана с наличием в них т. н. кавитац. зародышей микроскопич. газовых пузырьков, ТВ. ч-ц с трещинами, заполненными газом, и др. Мельчайшие пузырьки газа или пара, двигаясь с потоком и попадая в область давления р<Сркр сильно расширяются в результате того, что давление содержащегося в них пара и газа оказывается больше, чем суммарное действие поверхностного натяжения и давления в жидкости. В результате на участке потока с пониженным давлением (напр., в трубе с местным сужением) создаётся довольно чётко ограниченная кавитац. зона , заполненная движущимися пузырьками. [c.236]

С начала текущего столетия многими исследователями [15, 16, 38, 46, 55] использовался метод, предложенный Бертоле [4] в 1850 г. Капиллярная стеклянная трубка частично заполняется под вакуумом дегазированной жидкостью и запаивается. При нагревании жидкость расширяется и заполняет всю трубку. Температура, при которой жидкость целиком заполняет трубку, регистрируется. При охлаждении трубка остается заполненной, пока в жидкости не произойдет разрыв под действием растягивающих напряжений. Зная разность температур в моменты заполнения трубки и разрыва, а также разность коэффициентов термического расщирения стекла и жидкости, можно определить изменение объема жидкости. Полагая коэффициент объемного расширения жидкости равным его значению, измеренному при сжатии, и считая, что давление в момент заполнения трубки равно нулю, можно рассчитать напряжение растяжения. В табл. 3.1 А представлены некоторые результаты, приведенные в обзорах [5 и 51]. [c.72]

Хотя прочность на разрыв хрупкого материала меняется, если поверхность образца окружена жидкостью, в которой поддерживается высокое гидростатическое давление (благодаря невидимым порам на поверхности хрупких материалов, в которые проникает жидкость, создавая местные концентрации напряжений), Е-Мёрш ) обнаружил, что прочность на разрыв бетонных образцов практически не зависит от значения сжимающего напряжения умеренной величины, действующего в направлении, перпендикулярном направлению растяжения. Другими словами, по Мёршу, бетон, находящийся в плоском напряженном состоянии, в котором одно главное напряжение—растягивающее, а другое—сжимающее (третье главное напряжение равно нулю), разрушается при том же значении растягивающего напряжения, как и при простом растяжении, независимо от величины сжимающего напряжения, действующего одновременно в направлении, перпендикулярном направлению растяжения. В следующем пункте различные факты, подтверждающие теорию прочности некоторых хрупких материалов, предложенную Мором, будут обсуждены подробнее. [c.233]

Систематические научные исследования условий возникновения и развития кавитации были начаты в сороковых годах. В предшествующий период ученые и инженеры чисто экспериментально изучали влияние кавитации на работу конкретных объектов — гребных винтов, гидромашин и т. п. Начало было положено изучением физических процессов схлопыва-ния и колебаний парогазовых кавитационных пузырьков (М. Корнфельд и Л. Я. Суворов, 1944). Была построена теория колебаний газового пузырька. В явлении образования пузырьков существенное значение имеет физическое свойство жидкости, по которому для разрыва ее сплошности необходимы, вообще говоря, значительные отрицательные давления. Это противоречит мнению, что разрыв в жидкости — кавитация возникает всегда при давлениях, близких к давлению насыщенных паров. Напряжения растяжения удавалось наблюдать. только в лабораторных условиях, когда малые объемы жидкости были предварительно подвергнуты специальной обработке и очистке. На практике причиной, вызывающей возникновение разрывов в реальных жидкостях, является присутствие посторонних частиц и бугорков шероховатости с адсорбированным на их поверхности слоем газа. Величина этих частиц должна быть достаточно большой, чтобы пренебречь силами поверхностного натяжения, препятствующего возникновению и росту пузырьков. [c.38]

Затем были проведены две серии экспериментов на никеле, подвергнутом нагреву до температуры, вызывающей появление на металле пленок, дающих благодаря явлению интерференции цвета побежалости. В первой серии опытов сначала наносили царапину, а потом металл нагревали до образования пленки, дающей цвета побежалости. Во второй серии сначала нагревали металл, а затем наносили царапину. В последнем случае, когда образец помещали в жидкость для анодной обработки, на пленке имелся, очевидно, разрыв, в то время как в первой серии опытов окисная пленка должна быть целой. Можно ожидать, что коррозия сильнее разовьется на образцах, где нагревание предшествовала нанесению царапины, но для более тонких пленок, соответствующих ранним цветам побежалости, эффект был обратным образцы, подвергнутые перед нагреванием царапанию, перфорировались в условиях, когда такие же образцы, на которые наносилась царапина после появления цветов побежалости, уцелели. Это заставляет сделать предположение, что разрыв в пленке оказывает малое влияние на распределение мест, Подвергнувшихся коррозии, и что большее значение имеют напряжения в металле. Дальнейшие наблюдения подтвердили, что, как и следовало ожидать, именно напряжения растяжения имеют большое значение. Никель, поцарапанный перед получением на поверхности металла пленок цветов побежалости первого порядка, пострадал от анодной обработки линия перфорации, сделав зигзаг, шла вдоль царапины (см. фир. 28, в) это подтверждает, что коррозия началась в отдельных точках, расположенных по обеим сторонам от царапины. Позднее коррозия распространилась к центру и при соединении отдельных точек возникла коррозионная структура зигзагообразной формы. Как показывает фиг. 27, б, коррозия наблюдалась на напряженных участках, что в точности соответствует тому, что ожидали. [c.106]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...