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果把粉体物料看成一个整体，在其内部任意处取出一个单元体， 此单元体单位面积上的法向压力可看成该面上的压应力，单位面积上的剪切力可看成该面上的剪应力。物料沿剪应力方向发生滑动，可以认为整体在该处发生流动或屈服。即粉体物料的流动可以看成与块体材料剪切破坏现象相类似。这样，就可以应用莫尔强度理论来研究粉体物料的抗剪强度，进而得出确定内摩擦角的理论和方法。 根据莫尔理论，如果粉体物料在两向应力σ1和σ3作用下沿着某一个平面mn产生破坏，如图1(a)所示，则在这个平面内存在定的正应力σ和剪应力τ的组合，在平面直角坐标图中可绘制出相应的破坏莫尔应力圆，如图1(b)所示，破坏圆的半径为，破坏平面内的正应力σ和剪应力τ可由力平衡求出: 图1物体粉料受力破坏示意图及相应的莫尔应力圆 对同一种粉体材料在不同的σ3情况下做破坏试验，可得出散粒物料发生破坏时的一系列σ1，在应力平面坐标图中可以得到不同半径的破坏圆，这些破坏莫尔圆的公切线称为破坏包络线，如图2所示。莫尔圆和破坏包络线相切的点表示散粒物料产生破坏时角度为a的破坏面及破坏面上的正应力σ和剪应力τ，破坏包络线代表了粉体物料发生破坏的剪切强度条件。 如果表示物料内某点应力状态的莫尔圆落到莫尔包络线以下，则这个点的剪切应力小于剪切强度，粉体物料不可能产生破坏而流动。粉体在外力作用下的抗破坏能力取决于其内部颗粒间的摩擦力和内聚力，在相同外应力作用条件下，粉体物料的摩擦力和内聚力越大，粉体物料的抗破坏能力越强，即粉体物料的剪切强度越大，其破坏包络线与水平轴的夹角ψ越大，显然ψ的大小可以反映粉体物料内部颗粒间的摩擦力大小，因此把破坏包络线和水平轴的夹角称为粉体的内摩擦角。粉体的内摩擦角越大，表明粉体内部颗粒间的摩擦力越大，粉体的流动性越差。 图2粉体物料的破坏包络线 破坏包络线对应的数学关系式为: 此式称为Coulomb(库仑)公式，式中为内摩擦系数，c为因颗粒表面附着力而产生的内聚力。 粉体的体止角，又称安息角，是指粉体物料在重力场中，粒子在粉体堆积层的自由斜面上滑动时所受重力和粒子之间摩擦力达到平衡而处于静止状态下测得的自由斜面与水平面之间的最大夹角。休止角越小，表明颗粒间的摩擦力越小，粉体流动性越好，一般认为θ≤30°时流动性好，θ≤40°时可以满足生产过程中的流动性需求。 影响休止角的因素很多，如物料的种类、黏性、含水量、粒径大小、形状等，越接近球形，休止角越小，对粒径小于0. 2mm的粉料，由于微细粒子相互间的黏附性增大，使粒子越小而休止角越大，对于大多数粉料，填充状态(填充率)与休止角也有一定的关系， 松散填充时的空隙率εmax与休止角有如下关系: 该式表明，粉体的空隙率越大，即填充越困难，粉体的体止角越大。对一般粉料进行振动，减小空隙率，则休止角会变小，流动性增加。因此，振动可以解决料斗中的下料困难，同样往粉料中充以空气使之松动，也会显著减小体止角。 休止角与内摩擦角有如下区别与联系。 (1)体止角和内摩擦角都反映了粉体物料的内摩擦特性。 (2) 休止角和内摩擦角两者概念不同。内摩擦角反映粉体物料粉体层间的摩擦特性，休止角则反映单粒物料在物料堆上的滚落能力，是内摩擦特性的外观表现。 (3) 数值不同。对质量和含水率近似的同类粉体物料，休止角始终大于内摩擦角，而且都大于滑动摩擦角。对于缺乏黏聚力的散粒物料如砂子等，其休止角等于内摩擦角。
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发表于 2021-11-29 11:56:49
