Установка для испытания материалов на динамическое сжатие

 

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано для испытания образцов горных пород. Цель изобретения - расширение технологических возможностей путем послойного разрушения образца с нагружением каждого слоя нагрузкой разной интенсивности. На основании 1 установлены неподвижный захват 2 для образца 3, стойки 13 и направлякицая

СОЮЗ СОВЕ ГСНИХ . СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

А1

ÄÄSUÄÄ 14 О 1

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4196908/22-03 (22) 18.02.87 (46) 15 10.88. Бкл. М 38 (75) Е.В. Лодус (53) 622.23.02(088.8) ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (56) Авторское свидетельство СССР.

9 1158891, кл. С 01 И 3/30, 1985.

Ставрюгин А.Н., Фокеев Н.В. Исследование механических свойств горных пород при разных скоростях приложения нагрузки. ФТПРПИ, М - 3, 1968. ц 4 G 01 N 3/30//Е 21 С 39/00 (54) УСТАНОВКА ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ МАТЕРИАЛОВ HA ДИНАМИЧЕСКОЕ СЖАТИЕ (57) Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано для испытания образцов горных пород. Цель изобретения — расширение технологических возможностей путем послойного разрушения образца с нагружением каждого слоя нагрузкой разной интенсивности. На основании 1 установлены неподвижный захват 2 для образца 3, стойки 13 и направлякнцая

1430814 труба 12. На стойках 13 установлен с возможностью перемещения падающий груз (ПГ) 6. В направляющей трубе 12 установлены подвижный захват 4, упругий элемент (УЭ) 5 с нелинейной характеристикой жесткости и дополнительные промежуточные захваты 9, 10, 11. Количество захватов соответствует числу слоев нагружения. Захваты каждого слоя связаны с захватами соседних слоев поворотными упорами (ПУ) 7. Последние установлены с возможностью поочередного взаимодействия с ПГ 6. Для деформирования УЭ 5 имеется средство 8, выполненное в виде гидроцилиндра. При подаче давления в гидроцилиндр 8 он деформирует УЭ 5.

Изобретение относится к испытательной технике, в частности к установкам для испытания материалов на прочность при скоростном нагружении, и предназначено для испытания образцов горных пород.

Цель изобретения - расширение технологических возможностей путем послойного разрушения образца с нагру- .10 жением каждого слоя нагрузкой различной интенсивности.

На чертеже представлена схема установки для испытания материалов на динамическое сжатие. 15

Установка содержит основание 1, неподвижный захват 2 для образца 3 испытуемого материала, закрепленнь»й на основании 1, подвижный захват 4, упругий элемент 5 с нелинейной ха- 20 рактеристикой жесткости, соединенный с подвижньп» захватом 4, падающий груз

Ь, поворотные упоры 7, установленные с воэможностью поочередного взаимодействия с падающим грузом 6, сред- 25 ство 8 для деформирования упругого элемента 5 и дополнительные промежуточные захваты 9, 10 и 11, количество которых соответствует числу слоев нагружения, размещенные между 3п подвижным 4 и неподвижным 2 захватами. Захваты 2, 9, 10 и 11 связаны с захватами соседних слоев разрушения

Усилие от УЭ 5 воспринимается ПУ 7 н на образец 3 не передается. При падении ПГ 6 поворачивает ПУ 7, закрепленные на захвате 9, которые выходят из взаимодействия с захватом 4.

Образец 3 нагружается на участке между захватами 4 и 9 и разрушается. При дальнейшем падении ПГ 6 приводит к повороту ПУ 7, закрепленных на захвате 10, затем на захватах 11 и 12. По мере послойного разрушения образца 3 происходит восстановление формы деформированного УЭ 5 по криволинейной х-ке, интенсивность нагружения меняется. В качестве УЭ 5 с нелинейной х-кой могут использоваться, например, конические пружины. 1 ил ° поворотными упорами 7, установленными с возможностью поочередного взаимодействия с падающим грузом, при котором связь с соседним эахватом прекращается.

Средство 8 для деформирования упругого элемента 5 выполнено, например, в виде гидроцилиндра, тодключенного к насосной станции (не показана). Направляющая труба 12 и стойки 13 предназначены для перемещения груза 6, а лебедка 14 - для возвращения груза 6 в исходное положение.

Установка для испытания материалов на динамическое сжатие работает следующим образом.

Включают насосную станцию (не показана) и путем подачи давления в рабочую полость гидроцилиндра 8 деформируют сжатием упругий элемент 5.

Усилие от упругого элемента 5 при

его предварительной деформации воспринимается упорами 7 и на образец

3 не передается. Приводят в действие фиксирующий механизм лебедки 14 и осуществляют сброс груза 6. При падении груз 6 поворачивает упоры 7, закрепленные на захвате 9, упоры выходят из взаимодействия с соседним захватом 4 и образец 3 нагружается

50

ВНИИПИ Заказ 5335/44 Тираж 847 Подписное

Произв-полигр..пр-тие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4

14308 пружиной на участке от захвата 4 до захвата 9 и разрушается. При дальнейшем падении груз 6 приводит к повороту упоры 7, закрепленные на захвате

10, а затем на захватах 11 и 2. Вся5 кий раз поворот очередных упоров 7 приводит к разрушению соответствующего слоя образца 3 и к его разрушению при достаточном запасе энергии на пружине 5. По мере послойного

1 разрушения образца 3 происходит восстановление деформации упругого элемента 5 по криволинейной характеристике, поэтому интенсивность расхода 15 упругой энергии изменяется при нагружении каждого из слоев. Так, деформирование первого из слоев идет при более крутой характеристике расхода энергии, т. е. при большем па- 20 денни усилия на упругом элементе 5 на единицу деформации образца 3, чем при разрушении последующих слоев.

Следующий опыт проводят при новом запасе энергии, т.е. при иной величи- >5 не начальной деформации упругого элемента 5 и при новь1х характеристике жесткости упругого элемента 5 и скорости перемещения фронта разрушения по слоям (достигается изменением ве- 30 са груза 6 и начальной высоты подьема). Исследуют случаи полного или частичного разрушения образца. Во всех случаях исследуют характер разрушения каждого слоя.

В качестве упругих элементов 5 применяют элементы с нелинейной характеристикой жесткости, например конические пружины.

На предлагаемой установке дости- 40 гается моделирование явления горного удара. При послойном разрушении элемента массива горных пород при горном ударе разрушение идет с нелинейным изменением запаса упругой энер.гии на вмещающих породах, поскольку диаграмма упругого деформирования массива сжатием имеет нелинейный характер с нарастанием крутизны с ростом нагрузки (за счет смятия контактных слоев, закрытия природных трещин). Расход упругой энергии массива идет в обратном направлении по диаграмме нагружения, т.е. по мере разгрузки массива характеристика жесткости становится более пологой.

При послойном разрушении выполаживающаяся характеристика расхода энергии системы приводит к снижению запаса избыточной энергии при развитии разрушения от слоя к слою, что изменяет характер разрушения от хрупкого к вязкому. Возможно наступление момента, когда энергии системы будет недостаточно для разрушения очередного слоя породы и процесс разрушения прекратится.

Возможно исследование энергетического взаимодействия между нагружающим массивом горных пород и его элементами (целиками, стенками выработок) при послойном нагружении, характерном для разрушения при горном ударе. Результаты испытаний применимы при составлении баланса энергии разрушения и при прогнозе объема и характера разрушения в различных горнотехнических ситуациях.

Формула и з о б р е т е н и я

Установка для испытания. материалов на динамическое сжатие, содержащая основание, закрепленный на основании неподвижный захват для образца, подвижный захват, соединенный с подвижным захватом упругий элемент, имеющий нелинейную характеристику жесткости, установленный в направлякщих падающий груз и взаимодействующий с ним упор, о т л и ч а ю— щ а я с я тем, что, с целью расширения технологических возможностей путем послойного разрушения образца с нагружением каждого слоя нагрузкой различной интенсивности, она снабжена средством для деформирования упругого элемента, размещенными между подвиж- . ным и неподвижным захватами дополнительными захватами для образца, количество которых соответствует числу слоев нагружения, связанными с захватами поворотными упорами, при этом захваты каждого, слоя связаны с захватами соседних слоев поворотными упорами, установленными с возможностью поочередного взаимодействия с падающим грузом.