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1、w 毕业设计外文翻译英文题目：Analysis of the slump test for on-site yield stress measure- ment of mineral suspensions 中文题目：矿物悬浮物坍落度试验现场屈服应力的分析学 院： 交通与车辆工程学院 专 业： 交通工程 姓 名： 学 号： 0812102753 指导教师： 2012年 6 月w矿物悬浮物坍落度试验现场屈服应力的分析S. Claytona, T.G. Griceb, D.V. Bogera,*（墨尔本大学化工系颗粒流体处理中心，澳大利亚，墨尔本市，帕克维尔，维多利亚3010号，澳大利亚矿业顾问，
2、澳大利亚，墨尔本市，维多利亚3000）摘 要：坍落度试验原本是用来决定新拌混凝土的可使用性，而现在在矿物工厂也同样适用。矿场的坍落度试验在尾矿处理业务上找到了对监控矿物稠度的大量应用。作为稠度的指标的参数是坍落度高度，它是一个只和单位试验材料有关的经验值。我们建议，屈服应力这种独特的物质属性是更好的稠度度量。用坍落度高度测试屈服应力的模型现在已经发展成为一种锥形筒的坍落度试验。在这次调查中，我们将矿物悬浮物屈服应力测量的圆锥筒与进行直接比较。分析清楚地表明，圆柱筒模型，更准确地预测材料的屈服应力。一个强有力的例子就是用更简单，更便宜和更准确的圆柱筒模型检验测试代替广泛应用的圆锥筒模型。关键词：
3、坍落度试验；矿物悬浮物；糊膏灌装机；屈服应力；流变1 引 言ASTM（国际材料试验协会）标准锥筒坍落度试验（ASTM，1998）起源于混凝土的“可使用性”或稠度测试。图1为一个测试的原理图。这个试验是用一种特殊的方法将锥筒灌满然后竖直地取出锥筒并测量混凝土“坍落”的距离。这个距离被称为坍落度。坍落的高度必须落在一个给定的可以接受的范围内。如果坍落的高度太大了，那么混凝土的流动性就增加了但是抢进度就会减小。相反，如果坍落的高度是低于设计值，混凝土将会太稠，不会流入模型的角落。图1 坍落度测试原理简图坍落度试验现在已经展到测量各种不含时微扰非弹性流体，包括尾矿悬浮。坍落度试验目前发现在地表和地下加
4、工生产的稀尾矿集中处置高密度的固体尾矿处理业务上的广泛的工业应用。尾矿高度集中的性质的一个结果就是会产生一个明显的屈服应力，这个屈服应力是不可逆的变形和流动所导致的最小剪应力。屈服应力随着固体含量在小的范围内变化以指数方式增加会导致屈服应力在大的范围内变化。因此，废物处置作业中控制矿物稠度是至关重要的。通过坍落度试验测量的坍落度高度一般用来作为控制参数。坍落度是个稠度的经验值，它依赖于材料的屈服强度和密度，反过来它又取决于材料的化学成分，比如粒子间的引力和离粒子的尺寸。在采矿方面，这些因素在不同的矿石产地或不同的矿石加工过程可能会有所不同。因此，利用坍落度作为废物处理系统的稠度的唯一参数可能会
5、导致潜在的问题。因此，屈服应力这种独特的物质属性是稠度的首选指标。如果坍落度可能和屈服应力有关，那么坍落度试验对于现场屈服应力的测量将会是一种简单且理想的技术。一些分析模型已经开发出了与坍落度值相应的屈服应力，并将预测材料的疲劳行为。坍落度模型来自以无量纲形式表示的模型变量的首要原则。因此，坍落度的模型不是经验的，它提供了一个材料的独立性，这种性质是屈服强度和坍落度高度之间的独特关系。第一次分析是Murata做的，随后Christensen也进行了分析并纠正了一个Murata的简单的整合性错误。Rajani、Morgenstern（1991）和 Schowalter、Christensen（1
6、998）也已经进一步调查研究了锥筒测试。在这些论文中使用的屈服应力测量技术有一些不确定性，因此很难做出任何明确的结论来证明该模型的有效性。坍落度试验在由钱德勒（1986）氧化铝行业的圆柱形几何中首次适用。钱德勒意识到在坍落度的高度和他测试的铝土矿残渣的流动行为之间存在一种关系，但他并没有没有分析两者的关系。Pashias 等人（1996）开发了一种圆锥型几何模型，和静态叶片试验得出的模型的结果相比较。比较结果毫不逊色。作者同样调查了样本结构的坍落度高度的敏感性，材料，长宽比，解除率和测量时间，发现坍落度测量在这些因素基本上是独立的。圆锥体与圆柱体的几何形状的坍落度和屈服应力关系的一系列调查已经
7、完成，但以前没有采取相同的材料屈服应力测量对比两个几何图形。在这项调查中，把圆柱筒模型屈服应力值和圆锥筒模型坍落度试验及其相关的模型确定的屈服应力值和采用建立叶片技术确定的屈服应力值进行了比较。2 材料，测量和试验程序2.1 材料二氧化钛色素普遍应用于漆画工业，这一特性为利德尔所倡导。二氧化钛色素是由钛化学提取，被用于无机矾涂层试验，一个等电位的点7.6和一个密度为每立方米4000 kg。制备二氧化钛悬挂物开始用PH测试过的超纯蒸馏水（PH值为10）稀释钛色素（钛白粉）。超纯蒸馏水的酸碱值被浓缩的氢氧化钾所改变了。稀释的二氧化钛样本的酸碱值升至10时将会完全分散样本，然后用高剪切混合器混合样品
8、。酸碱值会随着浓缩硝酸浓度的的增加而降低。一种矿物尾矿膏样品由BHP康宁顿矿产提供，在网上很具有代表性的膏样品是由盘状螺旋流过滤混合器系统制出的。这个膏样品有其特定的每立方米3.1千克的重力，酸碱值大约为7。2.2 测量屈服应力测量都是用叶片测量技术（Nguyen and Boger，1983，1985）。一个PHM82标准pH仪是用于测量pH酸碱值的。用到的坍落度锥形筒和柱形筒的尺寸和材料结构在论文中的表1、2中列出。坍落度锥形筒模具是由澳大利亚标准协会设计的指定标准 AS 2701.5（澳大利亚标准协会，1984）。工业上，美国材料试验学会标准测试使用坍落度锥形筒测试。坍落度试验的过程和圆
9、锥结构同样是ASTM的测试和AS 2701.5 的测试。二者测试的不同在于ASTM圆锥的尺寸（顶部直径，底部直径和高度）是AS 2701.5 圆锥尺寸的两倍。因此，ASTM 圆锥（5.5 1）的体积是AS 2701.5 圆锥（0.69 1）的八倍。所以对于实验室的试验，AS 2701.5 坍落度锥形筒试验更为实用。表1 ASTM坍落度筒和AS2701.5坍落度筒尺寸和的结构材料2.3 试验程序坍落度锥形筒测试完全按照澳大利亚标准协会AS 2701.5 来进行的。对于圆筒测试没有标准，所以圆锥测试方法论适用于圆筒测试。圆筒测试有很多例子，圆筒的顶部是平滑的表面，圆筒需要缓慢而均匀的提起。圆筒和变
10、了形的材料高度的改变是需要被测量的。下陷材料的中点是所需高度。用尺子高度测量到最近的0.5 mm，在测试时需要测密度和浓度。3 理 论分析的坍落度测试模型以前已有圆锥筒和圆柱筒坍落度试验。圆筒模型广义上来说是任何尺寸的圆筒，然而圆锥模型却是特定的，一个基径是顶部直径两倍的圆锥。这个要求导致了这样一种发展，广义上来说圆锥筒模型允许与圆柱筒模型直接对比。圆柱筒理论是由Pashias等人（1996）发展并推广的，还提出了使之简单的比较和广义上的圆锥筒理论。圆柱筒和圆锥筒测试示意图在图2 和图3所示。示意图展示了重要变量和坍塌过程中的压力的分布。图2 圆柱筒坍落度试验模型，显示了最初和最后的应力分布3
11、.1 圆柱筒和圆锥筒坍落度模型的假设和发展假设去除坍落度圆柱筒和坍落度圆锥筒后材料不变形。不变形的材料最初被假定为一个完美的圆柱筒或一个完美的平头的圆锥筒。事实上，这只会在坍落度圆柱筒或坍落度圆锥筒的内表面完美的下滑。作用于材料的压力被假定为一个与材料自身重量有关的垂直的压力。因此，在某一高度（）对材料的压力（）低于顶部表面即上面位置材料的重量。圆柱体： （1）圆锥： （2）其中：是未变形材料的高度，是材料的密度，是重力加速度，其他变量详见图2和3。图3 圆锥筒坍落度试验模型，显示了最初和最后的应力分布材料假定为一个有弹性的固体，其最大剪切应力可以作用于一个物体，当一个压力（）垂直作用于物体时
12、，等于一半的压力（Hibbeler，1997）。对于无量纲形式（用（）表示），得到的应力是和高度。圆柱： （3）圆锥： （4）其中：是一个关于顶部和圆锥基半径的无量纲值。结果是，从无量纲到广义上的坍落度模型适用于不同尺寸的坍落度模型和不同的屈服应力材料。无量纲值如下：无量纲屈服应力；无量纲坍落度高度；未变形区域的无量纲坍落度高度；变形区域的无量纲坍落度高度；方程（3）说明了一个线性应力分布的增加是沿着圆柱筒的高度，从顶部的0到基部的一个最大值。方程（4）说明一个非线性圆锥的分散 。某种程度上（）沿着未变形的圆筒或圆锥的高度，材料试验一个应力要比屈服应力（）大，材料流动直到应力减小到屈服应力。在
13、上述材料取得区域，垂直应力不超过屈服应力和仍然未屈服区域。在下滑过程中，假设在已屈服和未屈服的分界面是一个随着材料的流动向下移动的水平的表面。因此，最终高度由一个未屈服区域（）和已屈服的区域（）组成。量纲未屈服区域的高度（）可由取代来确定。（3）式和（4）式分别为圆柱和圆锥的测试表示。圆柱： （5）圆锥： （6）在屈服的部分材料，高度可以被分为厚度和半径，在坍滑后将为厚度 和半径。图4表示出了元素变形的示意图。在变形过程中，假设所有水平段水平，坍滑仅在径向发生。这个假设若有效则必须有完美的防滑基底。对于不可压缩流体，每个元素的体积保持不变。所以厚度可以用厚度来表示：图4 dz到dz1厚度的变形过程圆柱和圆锥： （7）截面积增加流动才会发生，以便要求能够支撑任何给定标准的材料重量的压力降到屈服应力。因此，压力和截面积的乘积和上述材料的重量成正比。圆柱和圆锥： （8）然后高度在整个屈服区域对，从到积分可以算出：圆柱和圆锥： （9）下一步就是将圆柱的（3）、（7）、（8）式代入（9）式，圆锥的（4）、（7）、（8）式代入（9）式。整理所得的方程如下所示：圆柱： （10）圆锥： （11）坍落度高度表达式如下： 圆柱和圆锥： （12）将圆柱（5）、（10）式代入（12）式，将圆锥的（11）式代入（12）式。有量纲和无量纲坍落度高度最终表达式为：圆柱： （13）圆锥： （14）澳
