CS256894B1

CS256894B1 - Loading equipment for examination of brittle objects' properties behind strength limit

Info

Publication number: CS256894B1
Application number: CS848656A
Authority: CS
Inventors: Jurij Karpinsky; Jan Cejka; Vladimir A Budnikov
Original assignee: Jurij Karpinsky; Jan Cejka; Vladimir A Budnikov
Priority date: 1984-11-13
Filing date: 1984-11-13
Publication date: 1988-04-15
Also published as: CS865684A1

Abstract

Účelem řešení je omezit přechodné zvýšení deformace objektu zatěžovaného zařízením s konečnou tuhostí, které vzniká po náhlém poklesu reakční síly objektu při jeho deformování za mezí pevnosti, a zabránit lavinovitému úplnému rozrušení deformovaného objektu nebo alespoň snižit pravděpodobnost takového rozrušení u zvlášt křehkých objektů. Zařízení obsahuje zatěžovací stroj s výkonovými pohony regulovanými podle zadaného časového programu změny deformace, snímače geometrických veličin charakterisujících deformaci objektu a snímače sil nebo momentů působících na objekt, regulátory a generágor programu zatěžování. Dále obsahuje impulsní kompensátor náhlé změny deformace stroje, který tvoří prediktor náhlého rozrušování objektu, impulsní dávkovač a impulsní akční člen, vložený sériově se zatěžovaným objektem. Vstupy prediktoru jsou spojeny se snímači veličin charakterisujících fysikální stav objektu a procesy v něm probíhající. Jeho výstupy jsou spojeny se vstupy impulsního dávkovače, spojeného s impulsním akčním členem.The solution is to limit transient increasing the deformation of the object loaded a device with ultimate stiffness that arises after a sudden drop in reaction force object when it is deformed beyond the bounds strength, and prevent avalanche full disturbing a deformed object or at least reduce the likelihood of such excitement at particularly fragile objects. The machine contains a load machine with power drives controlled according to the specified time program for deformation change sensors of geometric quantities characterizing object and sensor deformation forces or moments acting on the object regulators and generágor loading program. Furthermore, the pulse compensator includes a sudden the deformation of the machine it creates object abrupt predictor, impulse dispenser and impulse actuator inserted in series with the loaded object. The predictor inputs are connected to the sensors of physical characteristics the state of the object and the processes in it. Its outputs are connected to inputs pulse dispenser, coupled to a pulse dispenser an action member.

Description

Vynález se týký zatěžovaoiho zařízení pro vyšetřování fyzikálně-technických vlastností křehkých objektů zatěžovaných za mezí pevnosti podle zadaného časového průběhu deformace.The invention relates to a load device for investigating the physico-technical properties of brittle objects loaded beyond the strength limit according to a given deformation time course.

Mechanické zatěžování vzorků přírodních i umělých materiálů a výrobků z nich vytvořených se provádí na zatěžovacích zařízeních za účelem vyšetřování jejich fyzikálně-technických vlastností, například pevnosti, životnosti, časových průběhů rozrušování apod. Při zatěžování za mezí pevnosti, zpravidla v režimu zadaného časového průběhu deformace, dochází u křehkých materiálů a výrobků k rozšiřování a spojování již existujících malých trhlin ve větší trhliny. Tento proces postupného rozrušování vyšetřovaného objektu, který v provozních podmínkách může trvat poměrně dlouho, například bloků hornin v oblasti těžby řadu dnů až let, se při nedostatečné tuhosti experimentálního zařízení může změnit v rychle probíhající, lavinovitý proces.Mechanical loading of samples of natural and man-made materials and products made from them is carried out on loading devices in order to investigate their physical-technical properties, such as strength, durability, time courses of destruction, etc. in fragile materials and products, the existing small cracks expand and join into larger cracks. This process of gradual disintegration of the investigated object, which may take quite a long time under operating conditions, for example rock blocks in the mining area for many days to years, may turn into a fast-running, avalanche process if the experimental equipment is not rigid.

Důvodem je nežádoucí rychlý přenos elastické energie z nedostatečně tuhého zatěžovacího zařízení do zatěžovaného objektu při náhlém snížení reakčních sil, kterými zatěžovaný objekt zpětně působí na zatěžovací zařízení. Tímto nedostatkem se ztěžuje nebo znemožňuje experimentální vyšetření procesů rozrušování křehkých objektů v podmínkách blízkých provozním, které je nutné například pro optimulizace těžby nerostů nebo racionální prokektování strojů, konstrukcí a stavebních děl, u kterých je nutno předvídat možnost vzniku havarijních situací a minimalizovat jejich možné následky.This is due to the undesirable rapid transfer of elastic energy from an insufficiently rigid load device to the load case while suddenly reducing the reaction forces by which the load object acts back on the load device. This deficiency makes it difficult or impossible to experimentally investigate the destruction of fragile objects in near-operational conditions, which is necessary, for example, to optimize the extraction of minerals or to rationally inspect machines, structures and construction works where emergency situations are to be anticipated and minimized.

Nežádoucí rychlou energetickou interakci mezi vyšetřovaným objektem a zatěžovacím zařízením při náhlém snížení reakce objektu lze omezit zvýšením tuhosti zatěžovacího zařízení, a to různými prostředky. Lze například volit robustnější konstrukci zatěžovacího zařízení.The undesirable rapid energy interaction between the investigated object and the loading device while suddenly reducing the reaction of the object can be reduced by increasing the rigidity of the loading device by various means. For example, a more robust construction of the load device can be chosen.

Toto triviální řešení ale často neúnosné zvyšuje hmotnost a rozměry rámu zařízení, popřípadě prvků pohonu, jako například šroubů u mechanických strojů, pístnic a pístů hydromotorů u hydraulických strojů apodobně.However, this trivial solution often increases the weight and dimensions of the frame of the device or of the drive elements, such as bolts in mechanical machines, piston rods and hydraulic pistons in hydraulic machines, and the like.

Obdobně lze výslednou tuhost zařízení zvýšit tím, že se paralelně k zatěžovanému objektu připojí přídavné tuhé prvky. Toto řešení, běžně užívané při vyšetřování vzorků hornin za mezí pevnosti, má řadu nedostatků. Zpravidla větší část zatěžující síly působí ňa uvedené tuhé prvky, takže stroj musí mít kapacitu několikanásobně vyšší, než je maximální pevnost vyšetřovaných vzorků hornin.Similarly, the resulting rigidity of the device can be increased by attaching additional rigid elements in parallel to the loaded object. This solution, commonly used in the investigation of rock specimens beyond strength, has a number of drawbacks. As a rule, a greater part of the loading force is exerted on said rigid elements, so that the machine must have a capacity several times higher than the maximum strength of the investigated rock samples.

Tuhé přídavné prvky musí mít přesné rozměry. Jejich rozsah přípustné deformace v pružné oblasti je podstatně menší, než požadovaný rozsah deformace vyšetřovaného vzorku, a proto musí být jeho deformační chatakteristiky proměřovány po částech s řadou přídavných prvků odstupňovaných rozměrů.Rigid additional elements shall be of exact dimensions. Their extent of permissible deformation in the elastic region is considerably smaller than the required deformation range of the examined sample and therefore its deformation characteristics must be measured in parts with a number of additional elements of graduated dimensions.

Za nejdokonalejší lze považovat řešení spočívající v použití principu automatické regulace.The most perfect solution is to use the principle of automatic regulation.

Regulovanou veličinu je vhodně zvolený rozměr objektu, popřípadě lokální hodnota deformace, zjištěna v malé oblasti pomocí extenzometru nebo nalepeného snímače deformace. Regulátor řídí zatěžování tak, aby odchylka skutečné hodnoty regulované veličiny od požadované byla minimální.The controlled quantity is a suitably selected dimension of the object, or local value of deformation, ascertained in a small area by means of an extensometer or glued deformation sensor. The controller controls the load so that the deviation of the actual value of the controlled variable from the required value is minimal.

Použitím regulátoru s integračním členem lze dosáhnout prakticky nekonečné tuhosti zatěžovacího zařízení při dostatečně pomalých změnách reakční síly objektu. Použitím pomocné zpětné vazby ze síly působící na objekt lze dokonce dosáhnout záporné hodnoty této tuhosti.By using a controller with an integrating element, virtually infinite stiffness of the loading device can be achieved with sufficiently slow changes in the reaction force of the object. By using auxiliary feedback from the force acting on the object, a negative value of this stiffness can even be achieved.

Nedostatkem známých zatěžovacích zařízení s regulárotem je skutečnost, že rychlost jejich odezvy na náhlé částečné porušení křehkého objektu a s ním souvisí náhlý pokles reakční síly objektu je i při dostatečném výkonu zatěžovacích členů, například hydromotorů principielně omezena požadavkem zachování stability regulovaného obvodu. V důsledku nedostatečně rychlé odezvy regulačních obvodů dochází po náhlém, poklesu reakční síly objektu k přechodnému zvýšení jeho skutečné deformace oproti zadané hodnotě.A disadvantage of known load-bearing devices with a regulator is that the speed of their response to a sudden partial failure of a brittle object and associated with it a sudden decrease in the reaction force of the object is in principle limited by the demand of stability of the controlled circuit. Due to the insufficiently fast response of the control circuits, a sudden decrease in the reaction force of the object leads to a temporary increase in its actual deformation compared to the specified value.

Toto přechodné zvýšení deformace může v některých případech zkreslit nebo zcela znehodnotit výsledek vyšetřování chování křehkého objektu, například jeho předčasným lavinovitým rozrušením.This transient increase in deformation may, in some cases, distort or completely invalidate the result of investigating the behavior of a brittle object, for example by its premature avalanche excitement.

Tyto nedostatky mají i známá řešení, přestože při dostatečně pomalém šíření trhlin některá z nich dokonce umožňují zabránit úplnému rozrušení vzorku hornin tzv. typu II s vysokým podílem elastické energie ve vzorku, kde k nestabilnímu procesu dochází i při nekonečné tuhosti zatěžovacího stroje. Příslušné řešení spočívá v tom, že při jednoosém zatěžování je regulovanou veličinou příčná, resp. obvodová deformace zpravidla válcového vzorku. V jiném známém řečení je na klesající části zatěžovací charakteristiky regulovanou veličinou lineární kombinace hodnoty deformace a změny zatěžující síly. Obě řešení mají však z principu omezené zesílení v regulační smyčce, a tím i omezenou rychlost odezvy na náhlé částečné rozrušení vzorku hornimy, která může být pro řadu materiálů nebo hornin nedostatečná.These drawbacks also have known solutions, although with sufficiently slow crack propagation some of them even prevent complete destruction of the so-called Type II rock sample with a high proportion of elastic energy in the sample, where the unstable process occurs even at infinite rigidity of the loading machine. The corresponding solution consists in the fact that in uniaxial loading, the controlled variable is transverse, resp. circumferential deformation of a generally cylindrical sample. In another known embodiment, a linear combination of the deformation value and the variation in the load force is a controlled variable on the descending portion of the load characteristic. However, both solutions have, in principle, limited amplification in the control loop and hence a limited rate of response to sudden partial disruption of the hornimus sample, which may be insufficient for many materials or rocks.

Závažným nedostatkem obou uvedených řešení je i to, že rychlost axiální deformace vzorku není konstantní, ale závisí v každém okamžiku na chování vzorku, čímž jsou výsledky zkoušky obtížně interpřptovatelné.A serious drawback of the two solutions is that the axial deformation rate of the sample is not constant, but depends at any time on the behavior of the sample, making the test results difficult to interpret.

Uvedené nedostatky do značné míry odstraňuje podle vynálezu zatěžovací zařízení pro vyšetřování vlastností křehkých objektů za mezí pevnosti s automatickou regulací podle zadaného časového programu alespoň jedné ze souboru geometrických veličin charakterizujících deformaci objektu. Zařízení obsahuje zatěžovací stroj s výkonovými pohony, snímače geometrických veličin a sil nebo momentů působících na objekt a příslušné obvody pro úpravu jejich signálů, regulátory a generátor signálů průběhu zatěžování.According to the invention, these drawbacks are largely eliminated by a load device for examining the properties of brittle objects beyond the strength limit with automatic regulation according to a given time program of at least one of a set of geometric variables characterizing the deformation of the object. The device comprises a load machine with power drives, sensors of geometrical quantities and forces or moments acting on the object and respective circuits for adjusting their signals, controllers and a load signal generator.

Podstatou vynálezu je, ža zařízení dále obsahuje impulsní kompensátor náhlé změny deformace zatěžovacího stroje, který je tvořen alespoň jedním prediktorem hrozícího nebo začínajícího náhlého rozrušování objektu, alespoň jedním impulsním dávkovačem a alespoň jedním impulsním akčním členem vloženým sériově do řetězce, jehož součástí je zatěžovaný objekt. Vstupy každého prediktoru jsou spojeny se snímači veličin pro charakteristiku fyzikálního stavu objektu a procesů v něm probíhajících, kdežto u každého prediktoru je jeden výstup spojen s příslušným ipulsním dávkovačem, přes jeho vstup pro spouštění impulsního dávkování, spojeným s impulsním akčním členem.It is further an object of the invention that the device further comprises an impulse compensator for sudden deformation of a load machine comprising at least one predictor of imminent or beginning sudden disruption of an object, at least one pulse dispenser and at least one pulse actuator serially embedded in a chain comprising a loaded object. The inputs of each predictor are coupled to the quantity sensors to characterize the physical state of the object and the processes occurring therein, whereas for each predictor one output is connected to a corresponding pulse dispenser via its pulse trigger trigger input associated with the pulse actuator.

Zařízení může být opatřeno dalším výstupem prediktoru spojeným spříslušným impulsním dávkovačem přes jeho vstup pro řízení velikosti impulsní dávky.The device may be provided with a further predictor output coupled to a corresponding pulse dose dispenser through its pulse rate control input.

V jednom z provedení podle vynálezu jsou do mechanického řetězce sériově zařazena setrvačná tělesa při lineárně deformovaném mechanickém řetězci a setrvačníky při torsně deformovaném mechanickém řetězci.In one embodiment of the invention, the flywheels of the linearly deformed mechanical chain and the flywheels of the torsionally deformed mechanical chain are serially included in the mechanical chain.

Inpilsní dávkovač obsahuje časovači obvod pro automatické ukončení jeho funkce v závislosti na požadované velikosti dávky nebo je opatřen vstupem pro ukončení jeho funkce, který je spojen s výstupem regulační odchylky regáltoru.The dispensing dispenser comprises a timing circuit for automatically terminating its function depending on the desired dose size, or is provided with an input for terminating its function, which is connected to the regulator deviation output.

Může být někdy výhodné opatřit impulsní dávkovač časovacím obvodem pro blokování nového spouštění jeho funkce po zvolenou dobu.It may sometimes be advantageous to provide a pulse dispenser with a timing circuit to block the restart of its function for a selected period of time.

Zatěžovací zařízení podle vynálezu má tyto výhody.The load device according to the invention has these advantages.

Umožňuje zabránit lavinovitému úplnému rozrušení nebo alespoň snížit pravděpodobnost takového rozrušení u objektů, které pro jejich značnou křehkost nelze zatěžovat při vyšetřováni jejich fyzikálně-technických vlastností známými zařízeními bez úplného porušeni jejich celistvosti. Odlehčování objektu impulsní kompensací náhlé deformace zatěžovacího stroje lze provádět s dostatečnou rychlostí a intenzitou, aniž je narušena stabilita celého řízeného procesu.It makes it possible to prevent avalanche-like complete disturbance or at least to reduce the likelihood of such disturbance in objects which, due to their considerable fragility, cannot be burdened by investigating their physico-technical properties by known devices without completely destroying their integrity. Relief of the object by impulse compensation of sudden deformation of the loading machine can be carried out with sufficient speed and intensity without compromising the stability of the whole controlled process.

Rychlého a intenzivního účinku impulsního kompensátoru náhlé deformace zatěžovacího stroje lze dosáhnout tím, že impulsní akční členy a příslušné impulsní dávkovače, popřípadě zdroje energie mohou být konstruovány s přihlédnutím ke specifikace impulsního provozu.The rapid and intense effect of the impulse compensator of the sudden deformation of the loading machine can be achieved by the fact that the impulse actuators and the respective impulse dispensers or energy sources can be constructed taking into account the specification of the impulse operation.

Při jejich velkém okamžitém výkonu lze zachovat nízký příkon zatěžovacího zařízení, odpovídající kvasistatickému průběhu zatěžování po převažující část doby zkoušky objektu.Due to their high instantaneous power, a low power input of the loading device can be maintained, corresponding to the quasistatic loading course for the prevailing part of the test time of the object.

Podstata vynálezu je vysvětlena na několika příkladech v souvislosti s připojenými výkresy, kde na obr. 1 je uveden příklad zařízení pro zatěžování vzorků hornin jednoosým tlakem se samostatným impulsním akčním členem impulsního kompensátoru deformace zatěžovacího stroje, jehož ovládání je řízeno signály zrychlení a síly měřenými na zatěžovacím stroji, na obr. 2 je uveden příklad zařízení, ve 'kterém je impulsní akční člen impulsního kompensátoru deformace zatěžovacího stroje sloučenin s regulovaným pohonem elektrohydraulického typu a na obr. 3 je příklad zařízení určeného pro velmi křehké materiály typu II, u kterých je nutno při začínajícím rozrušování odčerpat část elastické energie akumulované ve vzorku.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 shows an example of a uniaxial rock sample loading apparatus with a single impulse actuator of a loading machine which is controlled by acceleration and force signals measured on a loading machine. Fig. 2 shows an example of a device in which an impulse actuator of an impulse compensator of a deformation loading machine of compounds having a controlled drive of an electrohydraulic type is shown; and Fig. 3 is an example of a device intended for very brittle type II materials. begin to break down some of the elastic energy accumulated in the sample as it begins to disrupt.

Zařízeni na obr. 1 sestává z tuhého rámu 2 nebo z podobné konstrukce, ze které jsou naznačeny jen dvě opěrné plochy, mezi kterými je sevřen mechanický řetězec sestávající z přímočarého, např. elektromechanického pohonu 2 ^s výstupním členem 31, horní čelisti 52, zatěžovaného objektu 2, dolní čelisti 51» snímače ]_ síly F, impulsního akčního členu 12 obsahujícího jednočinný přímočarý hydromotor s pístnici 121,^vpistem 122 a pláštěm 123, škrticí ventil 19 a zdroj Γ5 tlakové kapaliny. Komora hydromotoru pod pístem 122 je trvale spojena přes škrticí ventil 19 se zdrojem 15 tlakové kapaliny a přes impulsní dávkovač 11 s odpadovou nádrží 16.The device in Fig. 1 consists of a rigid frame 2 or a similar structure, of which only two abutment surfaces are indicated, between which is clamped a mechanical chain consisting of a linear, eg electromechanical drive 2 ^with output member 31, upper jaw 52 of the loaded object 2, the lower jaws 51 of the force sensor F, a pulse actuator 12 comprising a single-acting linear hydraulic motor with a piston rod 121, ^{in a} piston 122 and a housing 123, a throttle valve 19 and a source of pressure fluid Γ5. The hydraulic motor chamber below the piston 122 is permanently connected via a throttle valve 19 to a source of pressure fluid 15 and via a pulse dispenser 11 to a waste tank 16.

Impulsní dávkovač 11, sestávající z ovládacího hydrostatického prvku řízeného časovacím obvodem, je svým vstupem 111 pro spuštění impulsního dávkování a svým vstupem 112 pro řízení velikosti dávky spojen s příslušnými výstupy prediktoru 10 hrozícího nebo začínajícího náhlého rozrušování objektu 2· Prediktor l_0, impulsní dávkovač 11 a impulsní akční člen 12 tvoří společně impulsní kompensátor 14 náhlé změny deformace celého zatěžovacího stroje.The pulse dispenser 11, consisting of a timing circuit-controlled hydrostatic actuator, is connected with its pulse rate trigger input 111 and its dose rate control input 112 to the corresponding outputs of the predictor 10 of impending or beginning sudden disruption of the object. together, the impulse actuator 12 forms an impulse compensator 14 for sudden deformation of the entire loading machine.

Na vstupy prediktoru 10 jsou připojeny snímač T_ séůy F a snímač 2 zrychlení a, upevněný například na dolní čelisti 51Connected to the inputs of the predictor 10 are the sensor T of the axis F and the sensor 2 of the acceleration a, mounted, for example, on the lower jaw 51

K čelistem 51,52 í^e mechanicky připojen snímač 2 celkové deformace objektu, naznačený pouze pro názornost v provedení s vysunutými měřicími raménky, jehož výstup se signálem skutečné hodnoty x je připojen na vstup regulátoru 4, Na jeho další vstup je přiveden signál žádané hodnoty w deformace z generátoru, který není zobrazen. Výstup akční veličiny y, regulátoru je spojen se vstupem 301 pohonu 2·The jaws 51,52 ^te mechanically connected sensor 2 of the overall deformation of the object, for clarity only indicated in the embodiment with extended measuring spacer whose output the feedback signal x is connected to the input of the controller 4, on the other input a reference signal w deformation from a generator that is not shown. The output of the actuator variable y is connected to the input 301 of the actuator 2 ·

Při zatěžování vzorku podle časového programu daného časovým průběhem veličiny w reguluje regulátor £ známým způsobem pohyb čelisti 52 tak, aby skutečná hodnota x deformace se v ustáleném stavu blížila žádané hodnotě w.When loading the sample according to the time program given by the time course of the quantity w, the regulator 5 regulates the movement of the jaw 52 in a known manner so that the actual value x of the deformation at steady state approaches the set value w.

Odvod kapaliny přes impulsní dávkovač 11 je uzavřen a na píst působí přes částečně otevřený škrticí ventil 19 tlak, který je dostatečný pro udržení pístu 122 akčního členu 12 v horní krajní poloze.The liquid outlet through the pulse dispenser 11 is closed and the piston is exerted by a partially open choke valve 19 sufficient to keep the piston 122 of the actuator 12 in the uppermost position.

Při vzniku nebo rozšíření trhliny v zatěžovaném objektu 2 orientované šikmo ke směru působení tlakové síly poklesne reakční síla, jíž objekt působí na čelisti. Tento pokles se projeví na signálech zrychlení a ze snímače 2 zrychlení a síly F ze snímače 2» jejichž změna je v prediktoru 10 vyhodnocena jako začátek počínajícího rozrušování. V tomto prediktoru může být také z velikosti změn signálu zrychlení a/nebo síly automaticky určena potřebná amplituda, popřípadě trvání impulsního posunutí pístu 122, které alespoň přibližně kompensuje snížení celkové deformace zatěžovacího stroje při poklesu síly působící na jeho členy, přičemž bez uvedené kompensace každé snížení celkové deformace stroje by se projevilo stejným zvýšením celkové deformace zatěžovaného objektu JL,When a crack develops or widens in the loaded object 2 oriented obliquely to the direction of application of the compressive force, the reaction force exerted on the jaws decreases. This decrease is reflected in the acceleration signals and from the acceleration sensor 2 and the force F from the sensor 2, the change of which is evaluated in the predictor 10 as the beginning of the incipient disturbance. In this predictor, the amplitude and / or duration of the pulse displacement of the piston 122, which at least approximately compensates for the reduction of the total deformation of the loading machine when the force on its members decreases, can be automatically determined from the magnitude of the total deformation of the machine would result in the same increase in the total deformation of the loaded object JL,

Příslušné řídicí signály jsou z prediktoru 10 přiváděny na vstupy 111 a 112 impulsního dávkovače 11, kterým je například elektricky řízený hydrostatický zámek s příslušnými elektric kými řídicími a časovacími členy. Časovači členy určují dobu otevření hydrostatického zámku, popřípadě dobu necitlivosti impulsního dávkovače 11 na další spouštěcí signály na vstupu 111 * Po automatickém uzavření hydrostatického zámku se přes škrticí člen 19 postupně naplňuje komora pod pístem 122, který se vrací do původní krajní polohy s rychlostí takovou, že regulátor a pohon 2 stačí vyrovnávat skutečnou hodnotu deformace x na žádanou hodnotu w. Vyřazení dalšího spouštění impulsního dávkovače 11 po nastavenou dobu necitlivosti zabraňuje případnému nežádoucímu novému spouštění odlehčování doznívajícími signály na vstupu prediktoru IQ, které souvicí s dozníváním přechodného děje v zatěžovacím stroji.The respective control signals are supplied from the predictor 10 to the inputs 111 and 112 of the pulse dispenser 11, which is, for example, an electrically controlled hydrostatic lock with corresponding electric control and timing elements. The timing members determine the opening time of the hydrostatic lock or the dead time of the pulse dispenser 11 to other trigger signals at the input 111. After the hydrostatic lock is automatically closed, the throttle member 19 is gradually filled with the chamber below the piston 122 which returns to its original limit position. that the regulator and the drive 2 suffice to balance the actual value of the deformation x to the set point w. The rejection of further triggering of the pulse dispenser 11 for a set dead time prevents any unwanted restarting of the unloading by the reverberation signals at the predictor 10 input, which is related to the reverberation of the transient event in the loading machine.

Popsanou činností impulsního kompensátoru náhlé změny deformace se snižuje velikost a doba trvání nežádoucího přechodného snížení celkové deformace zatěžovacího stroje, a tím i zvýšení deformace objektu 2 těsně po vzniku rozrušení. Na další vstupy prediktoru 10 je možné přivádět i jiné veličiny umožňující rozpoznat počínající rozrušování nebo fyzikální jevy, které tomuto rozrušování bezprostředně předcházejí, podle analogie s jevy, které jsou předzvěstmi okamžiku uvolnění akumulované energie, popřípadě její velikosti při zemětřesení. Konkrétní možnosti závisí na materiálu objektu a na charakteru procesů, s kterými rozrušování souvisí.The described operation of the impulse compensator of the sudden deformation change reduces the magnitude and duration of the unwanted transient reduction of the total deformation of the loading machine, and thus increases the deformation of the object 2 just after the disturbance has occurred. The other inputs of the predictor 10 can be supplied with other quantities allowing to recognize incipient disturbance or physical phenomena immediately preceding this disturbance, analogous to the phenomena that predict the moment of release of accumulated energy or its magnitude in an earthquake. The specific options depend on the material of the object and the nature of the processes associated with the disruption.

V případech, kdy není možná dostatečně přesná predikce velikosti potřebné kompenzace změny deformace zatěžovacího stroje, je možno volit kompensační účinek odpovídající největšímu očekávanému skoku reakční síly objektu 2· ^T^^m dojde ve většině případů k překompenzování, tj. ke krátkodobému nadměrnému odlehčení objektu, které ale podstatně méně narušuje průběh experimentu. Obdobné kompenzování lze volit i tehdy, kdy alespoň přibližná kompenzace není možná pro oscilační charakter přechodového děje v zatěžovacím stroji.In cases where a sufficiently accurate prediction of the magnitude of the necessary compensation of the deformation of the loading machine is not possible, it is possible to choose the compensating effect corresponding to the greatest expected jump of the reaction force of the object 2 · ^T ^ ^m . but significantly less interferes with the experiment. Similar compensation can be selected even if at least approximate compensation is not possible due to the oscillating nature of the transient process in the loading machine.

V případech, kdy vzhledem k značnému podílu elastické energie akumulované v objektu 2 je třeba při postupném rozrušování hodnotu*x deformace pro dosažení pomalého průběhu rozrušování nejen zachovávat, ale dokonce snižovat, je možno při každém impulsním odlehčení objektu 2 patřičně snižovat i žádanou hodnotu w, zadávanou například počítačem, který řídí experiment.In cases where, due to the considerable amount of elastic energy stored in the object 2, the value * x of the deformation not only has to be maintained but even reduced during the gradual disruption in order to achieve a slow disruption. such as the computer that controls the experiment.

Rychlost, s jakou je kompenzace náhlých změn deformace zatěžovacího stroje prováděna·,, závisí pouze na dimenzování akčního členu 12 a impulsního dávkovače 21, není však omezena hlediskem stability systému, protože po spuštění dávkovače 11 již neexistuje až do odeznění celého přechodného děje uzavřená zpětná vazba v obvodu zahrnujícím zatěžovací stroj s impulsním akčním členem 12, objekt 2 prediktor 10 a impulsní dávkovač 11 s časovacím obvodem blokujícím jeho další spouštění.The speed at which compensation of sudden deformations of the load machine is performed depends only on the dimensioning of the actuator 12 and the pulse dispenser 21, but is not limited by the system stability aspect, since closed dispenser no longer has a closed feedback in a circuit comprising a loading machine with a pulse actuator 12, an object 2 a predictor 10, and a pulse dispenser 11 with a timing circuit blocking its further triggering.

V příkladu zobrazeném na obr. 2 je použit dvojčinný přímočarý hydromotor 18 ve funkci pohonu i impulsního akčního členu impulsního kompensátoru 14 deformace zatěžovacího stroje. Mechanický řetězec sevřený mezi naznačenými opěrnými plochani tuhého rámu 2 se skládá z uvedeného dvojčinného přímočarého hydromotoru 18, ^z dolní čelisti 52, zatěžovaného objektu 2' horní Čelisti 52 a snímače ]_ síly F. Regulátor £, jehož výstup akční veličiny y je spojen se vstupem 301 servoventilu 17, reguluje pohyb pístu hydromotoru 18, ^a tím 1 skutečnou, hodnotu x měřenou snímačem 6 celkové deformace objektu 2 ^v souladu s žádanou hodnotou w, zcela analogicky s příkladem uvedeným na obr. 1. Impulsní kompensátor 14 náhlé změny deformace zatěžovacího stroje je v tomto případě tvořen prediktorem 10 se vstupem signálu síly F a jediným výstupem, spojeným s impulsním dávkovačem 11 přes jeho vstup 111 pro spuštění impulsního dávkování.In the example shown in Fig. 2, a double-acting linear hydraulic motor 18 is used as a drive and a pulse actuator 14 of the load cell deformation compensator 14. The mechanical chain clamped between the indicated support surfaces of the rigid frame 2 consists of said double-acting linear hydraulic motor 18, ^the lower jaw 52, the loaded object 2 'of the upper jaw 52 and the force sensor F. 301 of the servo-valve 17 regulates the movement of the piston of the hydraulic motor 18, ^and thus 1 the actual value x measured by the total deformation sensor 6 of the object 2 ⁱⁿ accordance with the setpoint w, quite analogously to the example shown in FIG. in this case, it consists of a predictor 10 with an input of the force signal F and a single output connected to the pulse dispenser 11 via its input 111 for triggering the pulse dispensing.

Analogicky s příkladem na obr. 1 impulsní dávkovač 11 propojuje spodní komoru hydromotoru s nádrží 16.Analogous to the example of FIG. 1, the pulse dispenser 11 connects the lower chamber of the hydraulic motor to the tank 16.

Avšak impulsní dávkovač 11 je opatřen navíc vstupem 113 pro skončení jeho funkce, který je spojen s příslušným výstupem regulátoru £.However, the pulse dispenser 11 is additionally provided with an input 113 for terminating its function, which is connected to the respective output of the controller 6.

Při náhlém poklesu síly F prediktor 10 spustí impulsní dávkovač 11, jehož funkce je automaticky zastavena přes vstup 113 pro ukončení této funkce v okamžiku, kdy regulační odchylka vyhodnocovaná v regálátoru £ se sníží na předem zvolenou hodnotu. Tím je impulsní kompensace náhlé změny deformace stroje řízena v závislosti na velikosti dílčího rozrušení vzorku.In the event of a sudden drop in force F, the predictor 10 triggers a pulse dispenser 11 whose function is automatically stopped via the input 113 to terminate this function when the control deviation evaluated in the rack 6 is reduced to a preselected value. Thus, the impulse compensation of the sudden deformation of the machine is controlled in dependence on the amount of partial disruption of the sample.

Dávkovač 11 opět obsahuje časovači obvod, který určuje dobu necitlivosti dávkovače na další spouštěcí signály na vstupu 111, Čímž je opět dosaženo rozpojení zpětnovazební smyčky v obvodu obsahujícím prvky impulsního kompensátoru deformace zatěžovacího stroje a je opět zaručena nezávislost stability celého systému na dimenzování impulsního kompensátoruThe dispenser 11 again includes a timing circuit, which determines the dead time of the dispenser for other trigger signals at input 111, thereby again releasing the feedback loop in the circuit containing the load cell deformation compensator elements and again ensuring the stability of the entire system to the impulse compensator dimensioning.

V příkladu na obr. 3 jsou součástí zatěžovacího stroje dvě setrvačná tělesa a to dolní 20, a horní 20 jejichž účelem je alespoň přechodně zabránit nežádoucímu snížení deformace zatěžovacího stroje do doby, kdy se uplatní kompensační účinek impulsního akčního členu.In the example of Fig. 3, two inertia bodies are included in the loading machine, the lower 20, and the upper 20, to at least temporarily prevent undesirable deformation of the loading machine until the compensating effect of the impulse actuator is applied.

V uvedeném příkladu je impulsní akční Člen 12, v sérii s dolní čelistí 51, objektem JL a horní čelistí 52, umístěn mezi setrvačnými tělesy 20 a 20. Mezi dolní opěrnou plochou rámu 2 a dolním setrvačný tělesem 20 je sevřen přímočarý pohon 3 s výstupním členem 31, mezi horní opěrnou plochou rámu 2_ a horním setrvačným tělesem 2 0/ je sevřen snímač Ί_ síly F.In the example, the impulse actuator 12, in series with the lower jaw 51, the object JL and the upper jaw 52, is positioned between the flywheels 20 and 20. A linear drive 3 with the output member is clamped between the lower support surface 2 and the lower flywheels 20. 31, a force sensor F is clamped between the upper supporting surface of the frame 2 and the upper inertia body 20 /.

Regulátor £ přes výstup akční veličiny y připojený na vstup 301 pohonu 3 reguluje pohyb výstupního členu 31, a tím i skutečnou hodnotu x měřenou snímačem 6 celkové deformace objektu £ v souladu s žádanou hodnotou w, zcela analogicky s příkladem uvedeným na obr. 1.The controller 6, via an output variable y connected to the input 301 of the actuator 3, controls the movement of the output member 31 and hence the actual value x measured by the total deformation sensor 6 in accordance with the setpoint w, in analogy to the example shown in FIG.

Toto uspořádání je zvláště vhodné pro křehké objekty z takových materiálů, u kterých je nutno pro minimalisaci porušení jejich celistvosti zastavením šíření trhliny co nejrychlej snížit skutečnou deformaci oproti hodnotě dosažené před vznikem nebo rozšířením trhliny, jak je tomu například u vzorků některých typů‘hornin.This arrangement is particularly suitable for brittle objects made of materials where, in order to minimize breakage integrity by stopping crack propagation, the actual deformation should be reduced as quickly as possible to the value achieved before crack formation or expansion, as is the case with some rock types.

Řízení pohonu £ regálotorem £ je uskutečněno analogicky s příkladem na obr. 1. Součástí impulsního kompensátoru 14 defromace zatěžovacího stroje je kromě prediktoru 10 a impulsního dávkovače 11 také zdroj £3, energie, který je přes impulsní dávkovač 13, připojen k impulsnímu akčnímu členu 12. Zdroj 13 energie může být s výhodou koncipován jako zásobník potřebného druhu energie s velkým impulsním výkonem. Je-li například impulsní akční člen 12 magnetostrikč ního typu, k jehož buzení je potřebný proudový impuls značné velikosti, lze zdroj .13 energie realizovat známými způsoby jako zásobník energie magnetického pole v induktoru nebo zásobník energie v rotujícím nazatíženém generátoru.The control of the drive 6 by the rack 6 is effected analogously to the example in FIG. 1. The pulse compensator 14 of the load machine defromation comprises, in addition to the predictor 10 and the pulse dispenser 11, a power source 3 connected to the pulse actuator 12 via pulse dispenser 13. Advantageously, the energy source 13 may be designed as a reservoir of the required kind of energy with high pulse power. For example, if the pulse actuator 12 is of a magnetostrictive type whose excitation requires a large pulse current, the energy source 13 can be realized by known methods such as a magnetic field energy store in an inductor or an energy store in a rotating loaded generator.

Impulsní dávkovač 11 potom obsahuje příslušné spínací prvky. Tento zdroj energie může být konstrukčně i funkčně sloučen s impulsním dávkovačem 11.The pulse dispenser 11 then comprises respective switching elements. This energy source can be structurally and functionally combined with the pulse dispenser 11.

Jiným příkladem zásobníku energie je hydraulický akumulátor. Při jeho použití impulsní dávkovač 11 s hydrostatickým zánkem přivádí impuls tlakové kapaliny do té komory hydromotorú impulsního akčního členu, pří jejímž zvětšování dochází k odlehčování objektu.Another example of an energy storage device is a hydraulic accumulator. In its use, a pulse dispenser 11 with a hydrostatic plug supplies a pulse of pressure fluid to that chamber of the hydraulic motors of the pulse actuator, which increases to relieve the object.

Prediktor 10 v příkladě uvedeném na obr. 3 je spojen s akustickým snímačem 9, přiloženým k objektu JL. Jedno ze setrvačných těles 20 ‘ a 20 může být umístěno i mezi impulsním akčním Členem 12 a čelistí .51, není-li požadováno okamžité snížení deformace objektu po vzniku nebo rozšíření trhliny, ale je požadována pouze její krátkodobá stabilizace na původní hodnotě.The predictor 10 in the example shown in FIG. 3 is connected to the acoustic sensor 9 attached to the object 11. One of the inertia bodies 20 ‘and 20 may also be positioned between the impulse actuator 12 and the jaw 51, unless an immediate reduction of the deformation of the object after the crack formation or expansion is required, but only its short-term stabilization at the original value is required.

Příklady řešení uvedené na obr. 1, 2, 3 lze libovolně kombinovat. Pořadí členů tvořících uzavřený silový obvod je také uvedeno jen jako příklad a lze je měnit. V příkladech nejsou naznačeny takové konstrukční prvky zatěžovacího stroje jako jsou sloupy, příčník apod.The examples shown in FIGS. 1, 2, 3 can be combined as desired. The order of the members constituting the closed power circuit is also given by way of example only and may be varied. In the examples, such structural elements of the loading machine such as columns, cross beam etc. are not indicated.

Ve skutečném provedení může například pohon 2 měnit deformaci vzorků tím, že přesouvá příčník stroje, jak je to běžné u zatěžovacích strojů s mechanickým pohonem.In an actual embodiment, for example, the drive 2 can change the deformation of the samples by shifting the cross member of the machine, as is common with mechanical drive load machines.

Vynález není omezen jen na zkoušky prostým tlakem, jak je naznačeno v uvedených příkladech. Lze jej uplatnit i v zatěžovacích zařízeních vyvozujících víceosý tlak, deformaci v tahu, smyku, krutu. Uvedené typy deformace lze kombinovat. Snímače 2 patřičného typu pak snímají a regulátory 4 regulují přes příslušné pohony několik geometrických veličin měřených na objektu a/nebo na zatěžovacím stroji a charakterizujících deformaci objektu. Impulsní kompenzátor 14 deformace zatěžovacího stroje potom může být několikakanálový a obsahovat několik impulsních akčních členů 12 s přímočarým nebo otáčivým pohybem a dále několik impulsních dávkovačů 11 a prediktorů 10, ze kterých některé dávkovače 11 nebo prediktory 10 mohou být společně pro dva i více kanálů impulsního kompenzátoru deformace.The invention is not limited to simple pressure tests as indicated in the examples. It can also be used in load-bearing devices generating multi-axis pressure, tensile, shear and torsion deformation. These types of deformation can be combined. Sensors 2 of the appropriate type are then sensed and the regulators 4 regulate, through the respective drives, several geometrical quantities measured on the object and / or on the loading machine and characterizing the deformation of the object. The load cell deformation impulse compensator 14 may then be multi-channel and include a plurality of linear or rotary motion impulse actuators 12 and a plurality of pulse dispensers 11 and predictors 10, some of which dispensers 11 or predictors 10 may be together for two or more pulse compensator channels. deformation.

Vynález zahrnuje použití libovolného počtu setrvačných těles, popřípadě setrvačníků potřebných pro krátkodobou stabilizaci zvolených délkových, popřípadě úhlových parametrů zatěžovacího stroje po náhlém částečném rozrušení zatěžovaného objektu.The invention encompasses the use of any number of flywheels or flywheels needed for the short-term stabilization of selected length and / or angular parameters of the loading machine after sudden partial disruption of the loaded object.

Zatěžovací zařízení podle vynálezu lze využít při vyšetřování fyzikálně-technických vlastností a chování vzorků přírodních i umělých křehkých materiálů. Dále je lez využít pro vyšetření křehkých částí strojů, konstrukcí a stavebních nebo důlních děl a přírodních útvarů i jejich modelů, při zatěžování a postupném přetváření a rozrušování uvedených objektů.The loading device according to the invention can be used for examining the physical-technical properties and behavior of samples of natural and artificial brittle materials. Furthermore, it can be used for examination of fragile parts of machines, structures and construction or mining works and natural formations and their models, during loading and gradual deformation and disruption of the mentioned objects.

Claims

A load device for investigating properties of brittle objects beyond strength with automatic regulation according to a specified time program of at least one of a set of geometric variables characterizing deformation of an object, comprising a load machine with power drives, sensors of geometrical quantities and forces or moments acting on the object; adjusting their signals, controllers and signal generator of a given load sequence, characterized in that it further comprises an impulse compensator (14) of sudden deformation of the loading machine, which is formed by at least one predictor (10) of imminent or beginning sudden disturbance of the object (1) at least one pulse dispenser (11) and at least one pulse actuator (12) inserted in series into a chain comprising a load object (1), the inputs of each predictor (10) being coupled to a sensor sensors for characterizing the physical state of the object (1) and the processes occurring therein, whereas for each predictor (10) one output is connected with a corresponding pulse dispenser (11) through its pulse triggering input (111) connected to a pulse actuator (12).

Load device according to claim 1, characterized in that the further output of the predictors (10) is connected to the respective pulse metering device (11) via its input (112) for controlling the amount of the pulse dose.

Load device according to Claims 1 and 2, characterized in that the lower and upper inertia bodies (20) are serially connected to the mechanical chain containing the load (1).

20 ”even with a linearly deformed mechanical chain and flywheels with a torsionally deformed mechanical chain.

Load device according to one of Claims 1 to 3, characterized in that the pulse dispenser (11) comprises a timing circuit for automatically terminating its function depending on the desired dose size, or the pulse dispenser (11) is provided with an inlet (113) for terminating it. function, which is connected to the control deviation output of the controller (4).

Load device according to Claims 1 to 4, characterized in that the pulse metering device (11) comprises a timing circuit for blocking the restart of the function for a selected period of time.

2 drawings