4.3.2. Уплотнение формовочной смеси при встряхивании

Представим импульс сил инерции (нагружающих смесь сжимающих напряжений ) в течение времени удара упрощенно в виде треугольника abc (рис. 24), а характеристику нарастания во времени внутреннего сопротивления смеси дальнейшему уплотнению _j в виде прямой de. (Прямая de делит координатную плоскость на две части, если точка, соответствующая действующим напряжениям находится выше прямой, смесь будет уплотняться, если ниже – нет.)

Рис. 24. Схема роста деформации смеси при повторяющихся ударах

Очевидно, что при нагружении первым ударом в смеси с ее начальным сопротивлением уплотнению, соответствующим точке d, начнется деформация уплотнения по закономерности de, так как смесь в силу своей вязкости не может уплотняться быстрее, несмотря на более высокие действующие нагрузки по пику abc. В результате смесь при первом ударе уплотнится до точки 1 в соответствии с отрезком d–1.

При втором ударе (a'b'c') уплотнение начинается уже с точки 1', соответственно возросшему внутреннему сопротивлению смеси _j, и смесь уплотнится в меру отрезка 1'–2. При третьем ударе она уплотнится в меру отрезка 2'–3 и так далее (для упрощения второй и третий удары совмещены на рисунке с первым ударом). С момента, когда точка b окажется ниже прямой de, дальнейшее уплотнение становится невозможным.

Чем круче характе­ристика уплотняемости смеси во времени, т. е. чем меньше ее «вяз­кость», тем меньшее число ударов встряхивания потребуется для ее уплотнения и наоборот. Обычно на практике число ударов встряхивания на одну форму составляет от 10 до 3050, что значительно меньше предела, при котором плотность смеси стабилизируется.

4.3.3. Распределение сжимающих напряжений по высоте формы

Величина сжимающих напряжений, возникающих в смеси при ударах встряхивания, нарастает с глубиной погружения под сво­бодный уровень смеси в опоке, в чем легко убедиться элементарным расче­том. В самом деле, пусть в момент удара встряхивающего стола действует ускорение инерции j.

Тогда для горизонтального слоя смеси в опоке, находящегося на глу­бине z под свободной поверхностью и имеющего толщину dz (рис. 25, а), можно написать уравнение равновесия сил следующим образом

,

(50)

где F – площадь опо­ки, м²;

U – периметр опо­ки в свету, м;

р – мгновенное вертикальное сжи­мающее напряжение в рассматривае­мом слое, Па;

 – коэффициент бокового давления;

f – коэффициент трения формовочной смеси о стенки опоки;

₀ – средняя плотность смеси перед ударом, кг/м³;

g – ускорение свободного падения, м/с².

Рис. 25. Распределение сжимающих напряжений и плотности смеси по высоте формы при встряхивании

Решив это уравнение, получим выражение для вертикального сжимающего напряжения на глубине x в момент удара

.

(51)

Из полученного уравнения видно, что с увеличением координаты z растет по абсолютной величине и показатель степени. Поскольку показатель степени отрицательный, выражение во вторых скобках с увеличением z растет, а значит, растет и сжимающее напряжение p (рис. 25, б).