粉体力学与工程培训课件PPT(共 67张)
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在，坐标系中，圆心为
半径为
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机械与汽车工程学院
粉体层的破坏是当α角为最大时发生。如图所示的p点，
在op为圆的切线时的、作用下，粉体层发生破坏。
机械与汽车工程学院
内摩擦角的确定 （1）三轴压缩试验
如图所示，将粉体试料填充在圆筒状橡胶薄膜内，然后用流体 侧向压制。用一个活塞单向压缩该圆柱体直到破坏，在垂直方向获
如何判断？？？
将粉体的临界流动曲线与莫尔圆画在同一坐标图 上，如下图所示，它们之间的关系有下列三种情况。
机械与汽车工程学院
第一种情况： 整个莫尔圆位于临界曲线的下方（圆I），表明通过
该点任意平面上的应力都小于相应面上的临界强度，故 该点没有发生破坏；粉体处于静止状态。
机械与汽车工程学院
第二种情况： 莫尔圆与临界曲线相割（圆III），说明该点某些
得最大主应力1，同时在水平方向获得最小主应力3，这些应力对
组成了莫尔圆。
机械与汽车工程学院
（2）摩擦角 以三组不同的数据作出莫尔圆（这三个圆称为极 限破坏圆），这些圆的共切线称为该粉体的破坏包络
线。这条破坏包络线与轴的夹角φi即为该粉体的内
摩擦角。
i
机械与汽车工程学院
（3）破坏角
破坏面与铅垂方向的夹角，大小等于p到1 连线与轴的夹角，大小等于（π/4-φi/2）
编号 σ （kPa） τ f（kPa）
1
50
34
2
150
103
3
250
172
求出试验2破坏面上的主应力。
1）先做f—关系曲线 2）作出莫尔圆，求出1 和3
机械与汽车工程学院
200 180 160 140 120 100
80 60 40 20
0 0
f tg
ϵ ÁÐ 1
50
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p 垂直压力
水平力T
机械与汽车工程学院
1.直剪试验 （直接剪切试验,Direct shear test)
直剪仪
p 垂直压力
水平力T
机械与汽车工程学院
1.直剪试验 （直接剪切试验,Direct shear test)
直剪仪
p 垂直压力
水平力T
机械与汽车工程学院
例1.对某砂土样做的直剪试验结果如下：
机械与汽车工程学院
内摩擦力产生的原因？？？
① 内摩擦力主要是由于层中粒子相互啮合产生的内 聚力
② 和其内部粒子间存在摩擦力所导致 ③ 影响因素***
• 内部：粗糙度、附着水份、粒度分布、空隙率 • 外部：静止存放时间、振动、加压 ④ 影响内摩擦角的因素 对同种粉体，内摩擦角一般随空隙率增加，大
平面上的应力已超过了相应强度，故该点早已破坏，实 际上该应力圆所代表的应力状态是不存在的，故用虚线 表示。
机械与汽车工程学院
第三种情况： 摩尔圆与临界曲线相切（圆II），说明该点所代表
的平面上，应力正好等于相应面上的极限强度。因此， 该点处于临界流动的极限应力状态，称为极限平衡状态。 与临界曲线相切的圆II，称为极限应力圆。
• 粉体有一系列松装性质，例如力学性质、 热性质、电性质、磁性、光学性、声学性 及表面物理化学性质等。
• 在应用领域里，粉体的流变性是被广泛研 究的性质，它与粉体贮存、给料、输送、 混合等单元操作密切相关。
机械与汽车工程学院
粉体的流变性
• 在于在少许外力的作用下呈现出固体所不 具备的流动性和变形。它表示物质存在的 一种状态，即不同于气体、液体，也不完 全同于固体，正如不少国外学者所认为的 ，粉体是气、液、固相之外的第四相。
150
200
250
300
3=96kPa
1=346kPa
机械与汽车工程学院
（5）库仑粉体与库仑定律 粉体的破坏包络线方程可以写成
mic
mi为内摩擦系数，c为初抗剪强度
此式称为Columb公式，式中内摩擦系数为μi ，呈直
线的粉体称为库仑粉体。无附着性粉体，c=0；对于附 着性粉体，由于内聚力作用，引入附着力c项。
1
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机械与汽车工程学院
机械与汽车工程学院
（4）剪切法测定内摩擦角 粉体经过压实后,利用摩擦角测量装置，进行剪切 实验，会得到一系列粉体流动临界值。
F( ) W ( )
例如，用单面剪切仪，在上下重叠的二个容器内填
充粉体，加垂直载荷，在水平方向上如果加上剪切力， 粉体层将发生滑动，记录错动瞬间的和，在-坐标系
机械与汽车工程学院
莫尔圆
用二元应力系分析粉体层中某一点的应力状态。根据
莫尔理论，粉体层内任意一点上的压应力，剪应力，可 用最大主应力1、最小主应力3、以及、的作用面和1 的作用面之间的夹角θ来表示。
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1313co2s
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1 3 sin2
中做出一条轨迹线，这条轨迹线即为破坏包络线。
机械与汽车工程学院
直剪预压仪
直剪仪
机械与汽车工程学院
土的ห้องสมุดไป่ตู้剪强度试验
1.直剪试验 （直接剪切试验,Direct shear test)
直剪仪
p 垂直压力
水平力T
机械与汽车工程学院
1.直剪试验 （直接剪切试验,Direct shear test)
直剪仪
• 在后面的分析中，假定粉体完全均质（填 充状态，力学性质）并且是连续体 。
机械与汽车工程学院
5.1 粉体的摩擦角
5.1.1 内摩擦角 粉体层中，压应力和剪应力之间有一个引起破坏的极限。即 在粉体层的任意面上加一定的垂直应力σ ，若沿这一面的剪 应力τ逐渐增加，当剪应力达到某一值时，粉体沿此面产生 滑移，而小于这一值的剪应力却不产生这种现象。
第五章 粉体的流变学
• 基本要求：掌握内摩擦角、安息角、壁摩 擦角和滑动摩擦角等概念；掌握粉体压力 计算方法；了解料仓的设计、粉体储存和 流动时的偏析、粉体结拱和预防
• 重点：筒仓内部的粉体压力分布、料斗内 部的粉体压力分布、料仓的设计
• 难点：内摩擦角、安息角、壁摩擦角和滑 动摩擦角。
机械与汽车工程学院
机械与汽车工程学院
小结：
库仑定律是粉体流动和临界流动的充要条件。
粉体处于静止状态：粉体内任一平面上的应力为
mic
粉体沿粉体内某一平面滑移：该平面上的应力满
足库仑定律
mic
粉体内任一平面上的应力，不会发生：
mic
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粉体所处流动状态的判断
已知库仑粉体的临界流动条件曲线（抗剪强度 曲线），以及粉体中某点的应力状态，判断该点是否 发生流动！！
在，坐标系中，圆心为
半径为
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粉体层的破坏是当α角为最大时发生。如图所示的p点，
在op为圆的切线时的、作用下，粉体层发生破坏。
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内摩擦角的确定 （1）三轴压缩试验
如图所示，将粉体试料填充在圆筒状橡胶薄膜内，然后用流体 侧向压制。用一个活塞单向压缩该圆柱体直到破坏，在垂直方向获
如何判断？？？
将粉体的临界流动曲线与莫尔圆画在同一坐标图 上，如下图所示，它们之间的关系有下列三种情况。
机械与汽车工程学院
第一种情况： 整个莫尔圆位于临界曲线的下方（圆I），表明通过
该点任意平面上的应力都小于相应面上的临界强度，故 该点没有发生破坏；粉体处于静止状态。
机械与汽车工程学院
第二种情况： 莫尔圆与临界曲线相割（圆III），说明该点某些
得最大主应力1，同时在水平方向获得最小主应力3，这些应力对
组成了莫尔圆。
机械与汽车工程学院
（2）摩擦角 以三组不同的数据作出莫尔圆（这三个圆称为极 限破坏圆），这些圆的共切线称为该粉体的破坏包络
线。这条破坏包络线与轴的夹角φi即为该粉体的内
摩擦角。
i
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（3）破坏角
破坏面与铅垂方向的夹角，大小等于p到1 连线与轴的夹角，大小等于（π/4-φi/2）
编号 σ （kPa） τ f（kPa）
1
50
34
2
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103
3
250
172
求出试验2破坏面上的主应力。
1）先做f—关系曲线 2）作出莫尔圆，求出1 和3
机械与汽车工程学院
200 180 160 140 120 100
80 60 40 20
0 0
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p 垂直压力
水平力T
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1.直剪试验 （直接剪切试验,Direct shear test)
直剪仪
p 垂直压力
水平力T
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1.直剪试验 （直接剪切试验,Direct shear test)
直剪仪
p 垂直压力
水平力T
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例1.对某砂土样做的直剪试验结果如下：
机械与汽车工程学院
内摩擦力产生的原因？？？
① 内摩擦力主要是由于层中粒子相互啮合产生的内 聚力
② 和其内部粒子间存在摩擦力所导致 ③ 影响因素***
• 内部：粗糙度、附着水份、粒度分布、空隙率 • 外部：静止存放时间、振动、加压 ④ 影响内摩擦角的因素 对同种粉体，内摩擦角一般随空隙率增加，大
平面上的应力已超过了相应强度，故该点早已破坏，实 际上该应力圆所代表的应力状态是不存在的，故用虚线 表示。
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第三种情况： 摩尔圆与临界曲线相切（圆II），说明该点所代表
的平面上，应力正好等于相应面上的极限强度。因此， 该点处于临界流动的极限应力状态，称为极限平衡状态。 与临界曲线相切的圆II，称为极限应力圆。
• 粉体有一系列松装性质，例如力学性质、 热性质、电性质、磁性、光学性、声学性 及表面物理化学性质等。
• 在应用领域里，粉体的流变性是被广泛研 究的性质，它与粉体贮存、给料、输送、 混合等单元操作密切相关。
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粉体的流变性
• 在于在少许外力的作用下呈现出固体所不 具备的流动性和变形。它表示物质存在的 一种状态，即不同于气体、液体，也不完 全同于固体，正如不少国外学者所认为的 ，粉体是气、液、固相之外的第四相。
150
200
250
300
3=96kPa
1=346kPa
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（5）库仑粉体与库仑定律 粉体的破坏包络线方程可以写成
mic
mi为内摩擦系数，c为初抗剪强度
此式称为Columb公式，式中内摩擦系数为μi ，呈直
线的粉体称为库仑粉体。无附着性粉体，c=0；对于附 着性粉体，由于内聚力作用，引入附着力c项。
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（4）剪切法测定内摩擦角 粉体经过压实后,利用摩擦角测量装置，进行剪切 实验，会得到一系列粉体流动临界值。
F( ) W ( )
例如，用单面剪切仪，在上下重叠的二个容器内填
充粉体，加垂直载荷，在水平方向上如果加上剪切力， 粉体层将发生滑动，记录错动瞬间的和，在-坐标系
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莫尔圆
用二元应力系分析粉体层中某一点的应力状态。根据
莫尔理论，粉体层内任意一点上的压应力，剪应力，可 用最大主应力1、最小主应力3、以及、的作用面和1 的作用面之间的夹角θ来表示。
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1313co2s
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1 3 sin2
中做出一条轨迹线，这条轨迹线即为破坏包络线。
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直剪预压仪
直剪仪
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土的ห้องสมุดไป่ตู้剪强度试验
1.直剪试验 （直接剪切试验,Direct shear test)
直剪仪
p 垂直压力
水平力T
机械与汽车工程学院
1.直剪试验 （直接剪切试验,Direct shear test)
直剪仪
• 在后面的分析中，假定粉体完全均质（填 充状态，力学性质）并且是连续体 。
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5.1 粉体的摩擦角
5.1.1 内摩擦角 粉体层中，压应力和剪应力之间有一个引起破坏的极限。即 在粉体层的任意面上加一定的垂直应力σ ，若沿这一面的剪 应力τ逐渐增加，当剪应力达到某一值时，粉体沿此面产生 滑移，而小于这一值的剪应力却不产生这种现象。
第五章 粉体的流变学
• 基本要求：掌握内摩擦角、安息角、壁摩 擦角和滑动摩擦角等概念；掌握粉体压力 计算方法；了解料仓的设计、粉体储存和 流动时的偏析、粉体结拱和预防
• 重点：筒仓内部的粉体压力分布、料斗内 部的粉体压力分布、料仓的设计
• 难点：内摩擦角、安息角、壁摩擦角和滑 动摩擦角。
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小结：
库仑定律是粉体流动和临界流动的充要条件。
粉体处于静止状态：粉体内任一平面上的应力为
mic
粉体沿粉体内某一平面滑移：该平面上的应力满
足库仑定律
mic
粉体内任一平面上的应力，不会发生：
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机械与汽车工程学院
粉体所处流动状态的判断
已知库仑粉体的临界流动条件曲线（抗剪强度 曲线），以及粉体中某点的应力状态，判断该点是否 发生流动！！