RU177646U1 - Устройство нагружения для испытаний грунтов - Google Patents
Устройство нагружения для испытаний грунтов Download PDFInfo
- Publication number
- RU177646U1 RU177646U1 RU2017130872U RU2017130872U RU177646U1 RU 177646 U1 RU177646 U1 RU 177646U1 RU 2017130872 U RU2017130872 U RU 2017130872U RU 2017130872 U RU2017130872 U RU 2017130872U RU 177646 U1 RU177646 U1 RU 177646U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- loading
- kinematic
- quasistatic
- force
- effects
- Prior art date
Links
- 238000012360 testing method Methods 0.000 title claims abstract description 35
- 239000002689 soil Substances 0.000 title claims abstract description 29
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims abstract description 16
- 230000009467 reduction Effects 0.000 claims abstract description 3
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 5
- 244000309464 bull Species 0.000 description 4
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 4
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- 230000004044 response Effects 0.000 description 4
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 4
- 238000013461 design Methods 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 2
- 239000012634 fragment Substances 0.000 description 2
- 238000011005 laboratory method Methods 0.000 description 2
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 2
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 2
- 241000212384 Bifora Species 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 239000004566 building material Substances 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 239000004927 clay Substances 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 230000002706 hydrostatic effect Effects 0.000 description 1
- 238000009533 lab test Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 1
- 230000003534 oscillatory effect Effects 0.000 description 1
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 229920002635 polyurethane Polymers 0.000 description 1
- 239000004814 polyurethane Substances 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 231100000812 repeated exposure Toxicity 0.000 description 1
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 description 1
- 238000013316 zoning Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N3/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
- G01N3/32—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress by applying repeated or pulsating forces
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)
Abstract
Полезная модель относится к лабораторным устройствам для испытания дисперсных грунтов на любые сочетания квазистатического силового или кинематического нагружения с динамическим силовым или кинематическим нагружением. Устройство квазистатического кинематического нагружения представляет собой винтовую пару с редуцированием скорости оборотов винта или с приводом от шагового электродвигателя, а для силовой квазистатики выполняется управление деформацией по обратной связи с величиной действующей нагрузки на образец. В устройстве гармонических кинематических воздействий используется эксцентриковый привод с толкателем на штамп испытуемого образца, а для создания гармонических силовых воздействий между толкателем и штампом устанавливается упругий элемент. Технический результат: расширение диапазона и количества определяемых параметров грунтов в подобных испытаниях. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.
Description
Область техники, к которой относится полезная модель. Настоящее устройство относится к лабораторным устройствам для испытания дисперсных грунтов на любые сочетания квазистатического силового или кинематического нагружения с динамическим силовым или кинематическим нагружением.
Такие испытания востребованы не только для грунтов оснований сооружений, но и в некоторых случаях для дискретных материалов. Например, сыпучих строительных материалов или зерна при определении параметров расчетных моделей элеваторных систем для их хранения, обработки и транспортировки.
Уровень техники. Испытания грунтов в лабораторных условиях на динамические нагрузки, как правило, проводятся на тех же приборах, что и статические испытания, а дополнительное нагрузочное устройство является неотъемлемой частью испытательной установки.
Из предшествующего уровня техники известны различные устройства для исследования механических свойств грунтов. В 1952 г. издана монография Е.И. Медкова [5] с описанием установки трехосного осесимметричного сжатия, получившей название стабилометр. Классическая монография авторов Bishop and Henkel (1957) была переведена на русский язык в 1961 г. [2] В 1972 г. Сидоров Н.Н. и Сипидин В.П. [6] описали конструкции различных приборов, в том числе и стабилометров. В 1987 г. коллективом авторов под руководством А.К. Бугрова [4] были приведены сведения о приборах и методах испытания грунтов, в том числе и при трехосном нагружении.
Описанные в последней отечественной монографии Г.Г. Болдырева [3] известные в России подобные установки характеризуются наряду с разнообразием конструкций устройств нагружения их технической сложностью и громоздкостью.
Так, устройство для компрессионных испытаний дисперсных грунтов (АС 1305565 СССР/В.Я. Калачев, С.А. Лапицкий. - №3988917/31-33; заявл. 11.12.1985; опубл. 23.04.1987, бюл. №15) позволяет создавать на испытуемый образец только силовое нагружение и в статике, и в динамике. Подпружиненная инерционная система грузов с механическим приводом от вращающегося вала по предлагаемой схеме не гарантирует неизменной динамической нагрузки вследствие деформаций испытуемого образца.
Устройство для исследования грунта (АС 1345094 СССР/С.Б. Ухов, З.Г. Тер-Мартиросян, Л.Н. Рябченков, А.В. Кузнецов. - №4091112/31-33; заявл. 24.04.86; опубл. 15.10.1987, бюл. №38) позволяет создавать на испытуемый образец только силовое нагружение и в статике и в динамике. Дополнительное устройство динамического нагружения громоздко и габаритно.
Способ лабораторного определения циклической прочности и деформируемости грунта под контролируемой трехосной нагрузкой и устройство для его осуществления (пат. РФ 2382350/ Р.Г. Кальбергенов, П.И. Новиков, В.Н. Кутергин, В.И. Каширский, В.В. Шелихов. - №2007114041/28; заявл. 16.04.2007; опубл. 20.02.2010, бюл. №5) также ограничен только силовым воздействием на испытуемый образец и в статике и в динамике. В габаритном материалоемком устройстве квазистатического силового нагружения используется пневмоцилиндр. Форма сигнала циклической нагрузки не управляема, так как создается перепадом давления в верхней и нижней камерах пневмоцилиндра посредством электромагнитных дренажных клапанов.
Прототипом является установка для исследования динамических свойств грунтов в условиях трехосного нагружения (АС 1571465 СССР / Ю.П. Васильев. - №4418119/23-33; заявл. 29.04.1988; опубл. 15.06.90, Бюл. №22).
Установка позволяет создавать квазистатическое силовое или кинематическое нагружение и силовое динамическое нагружение.
Основным недостатком установки является невозможность задания кинематического динамического нагружения в сочетании с квазистатическим силовым или кинематическим нагружением. Использование рычажной системы квазистатического силового нагружения при совмещении с динамическим нагружением приводит к неуправляемому колебательному процессу в системе квазистатического силового нагружения и к многократному изменению соотношения квазистатической и динамической нагрузки на испытуемый образец.
Задача, на решение которой направлено заявленное техническое решение, заключается в расширении диапазона и количества определяемых параметров грунтов по ГОСТ [1] в испытаниях.
Данная задача достигается за счет того, что устройство нагружения для испытаний грунтов характеризующееся тем, что состоит из двух частей, жестко связанных между собой рамой и станиной, одна из которых создает квазистатические воздействия, а другая - гармонические воздействия, причем можно создавать на испытуемый образец любые сочетания квазистатического силового или кинематического нагружения с динамическим силовым или кинематическим нагружением.
Раскрытие полезной модели
Устройство квазистатического кинематического нагружения представляет собой винтовую пару с редуцированием скорости оборотов винта или с приводом от шагового электродвигателя, а для силовой квазистатики выполняется управление деформацией по обратной связи с величиной действующей нагрузки на образец. В устройстве гармонических кинематических воздействий используется эксцентриковый привод с толкателем на штамп испытуемого образца, а для создания гармонических силовых воздействий между толкателем и штампом устанавливается упругий элемент.
Устройство нагружения (фиг. 1) для испытаний грунтов применимо для стабилометрических, компрессионных и одноосных испытаний.
Кинематическое нагружение (фиг. 2) производится работой электродвигателя 7: через червячный редуктор 6 и переходник 5 вращение передается винтовой паре 3. Осевое перемещение винта 3 передается через шток 2 рабочей камеры, например стабилометра, испытуемому образцу 8. Кинематическое девиаторное нагружение может выполняться нагрузочным устройством с использованием шаговых электродвигателей (например, устройство кинематического нагружения ГТ производства ГЕОТЕК, г. Пенза). Осевая скорость перемещения винта 3 определяется угловой скоростью вращения и шагом резьбы винта. Абсолютное осевое перемещение винта легко реализуется на данной установке от нескольких микрометров до заданной величины (десятка миллиметров). Скорость осевых деформаций также может варьироваться в широких диапазонах от 10-3 до 10-1 мм/с. Испытание может выполняться либо непрерывно как с постоянной скоростью деформирования, так и с переменной по заданной программе до завершения, либо ступенями деформирования, величина которых ограничивается величиной приращения напряжений (по патенту на изобретение RU 2628874) или управляться по другим критериям.
Динамическое нагружение образца выполняется работой системы, представленной на фиг. 3. Вращение вала электродвигателя 13 через упругую муфту 15 передается червячному редуктору 18. С выходного вала редуктора через кулачок-эксцентрик 17 создаются гармонические возвратно-поступательные перемещения штока 16, передающего кинематические или силовые воздействия на штамп испытуемого образца.
Если между штоком 16 и нижним штампом установлен упругий элемент, например полиуретан 11, то эти динамические воздействия будут силовые. То есть, воздействующий фактор - осевая динамическая (гармоническая) нагрузка, а отклик - осевые и поперечные динамические деформации. И воздействия, и отклики, как пример, представлены напряжениями и относительными деформациями на фиг. 4.
Если между штоком 16 и нижним штампом отсутствует упругий элемент 11, то эти динамические воздействия будут кинематическими. То есть, воздействующий фактор - осевые динамические (гармонические) деформации, а отклик - динамические напряжения.
Амплитуда динамических деформаций при кинематическом нагружении устанавливается набором эксцентриков 17. При силовом динамическом нагружении амплитуда осевых динамических напряжений устанавливается набором эксцентриков 17 и жесткостью упругого элемента 11.
Частота гармонических воздействий устанавливается при помощи блока управления 14 скоростью оборотов вала электродвигателя 13. Диапазон удельных динамических нагрузок (осевых динамических напряжений) на опытной установке может варьироваться от единиц до сотен килопаскаль, абсолютные амплитуды продольных и поперечных колебаний - от единиц микрометров, а относительные деформации от 10-4 и более (фиг. 4). Верхний предел амплитуд колебаний ограничен свойствами грунтов, на модельных материалах абсолютные амплитуды продольных и поперечных колебаний могут составлять единицы миллиметров.
Краткое описание графических материалов
На фиг. 1 представлено фото общего вида опытного образца устройства нагружения для испытаний грунтов на примере работы со стабилометром.
На фиг. 2 представлено фото фрагмента А опытного образца устройства нагружения, позволяющее понять принцип задания квазистатического силового или кинематического нагружения.
На фиг. 3 представлено фото фрагмента Б опытного образца устройства нагружения, позволяющее понять принцип задания динамического силового или кинематического нагружения.
На фиг. 4 и фиг. 5 представлены результаты экспериментальных исследований образца грунта в стабилометрических испытаниях при сочетании квазистатического кинематического нагружения с динамическим силовым нагружением.
Осуществление полезной модели
Нами была проведена серия стабилометрических консолидированно-дренированных испытаний на глинистых грунтах по следующей схеме:
- после стабилизации деформаций гидростатического нагружения (σ3) выполнялось кинематическое девиаторное нагружение со скоростью 0,2 мм/мин в течение около минуты с ограничением по приращению осевых напряжений (σ1);
- после достижения критерия стабилизации напряженно-деформированного состояния (НДС) образца включалась следующая аналогичная ступень кинематического девиаторного нагружения с ограничением по приращению осевых напряжений (σ1) от стабилизированного состояния на предыдущей ступени.
На любой ступени кинематического девиаторного нагружения (как и на стадии стабилизации НДС) могут передаваться осевые динамические воздействия σД.
В опыте, представленном на диаграмме фиг. 4, силовые динамические воздействия σД прикладывались продолжительностью 30 с по направлению квазистатического девиаторного нагружения σ1.
Результаты измерений фиксируют создание гармонической нагрузки на образец и отклики по деформациям, что облегчает анализ динамического поведения материала исследуемого образца «на микроуровне». На диаграмме фиг. 4 явно устанавливается запаздывание деформаций относительно напряжений. Причем, на ветви нагрузки и разгрузки на разные величины. То есть, даже при малой интенсивности гармонических воздействий грунт проявляет свойства разномодульной среды, что явно подтверждается «петлей гистерезиса» на фиг. 5.
Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является расширение диапазона и количества определяемых параметров грунтов в подобных испытаниях по сравнению с действующим ГОСТом [1].
Дополнительно можно определить:
- динамический модуль сдвига G и коэффициент поглощения D в диапазоне малых сдвиговых деформаций (<10-3) для расчетов колебаний сооружений и сейсмического микрорайонирования (СМР);
- снижение G и рост D с увеличением деформации сдвига до 1,0%.
Подобные эксперименты учитывают накопление пластических деформаций при повторяющихся воздействиях, их запаздывание по отношению к действующим напряжениям и позволяют найти установившуюся и мгновенные поверхности нагружения для динамических моделей упругопластической упрочняющейся среды.
Предлагаемое техническое решение устройства нагружения для испытаний грунтов обладает новизной, имеет ряд перечисленных преимуществ перед известными решениями, отвечает критерию промышленной применимости, соответствует современному уровню техники, а также проводимому общему направлению на модернизацию производства и на инновации технологий в РФ. Следовательно, по мнению авторов, предлагаемое техническое решение может быть защищено патентом РФ на полезную модель.
Использованные источники
1. ГОСТ Р 56353-2015 Грунты. Методы лабораторного определения динамических свойств дисперсных грунтов. – М.: Стандартинформ, 2015. - 38 с.
2. Бишоп, А.У. Определение свойств грунтов в трехосных испытаниях / А.У. Бишоп, Д.Д. Хенкель. - М.: Госстройиздат, 1961. - 232 с.
3. Болдырев, Г.Г. Методы определения механических свойств грунтов. Состояние вопроса. 2008 // Пенза.: ПГУАиС. - 695 с.
4. Бугров, А.К. Исследование грунтов в условиях трехосного сжатия / А.К. Бугров, Р.М. Нарбут, В.П. Сипидин. - Л.: Стройиздат, 1987. - 184 с.
5. Медков, Е.И. Новый прибор для испытания грунтов при трехосном сжатии / Е.И. Медков // Гидротехническое строительство. - 1952. - №11. - С. 12-15.
6. Сидоров, Н.Н. Современные методы определения характеристик механических свойств грунтов/ Н.Н. Сидоров, В.П. Сипидин. - Л.: Госстройиздат, 1972.- 136 с.
7. http://npcgrof.com/pages/oborud/stabilom.html
8. http://patentdb.su/
9. http://patents.su/3-566165stabilometr.html
10. http://wwwl.fips.ru
11. http://www.patika.ru/Poisk_po_nomeru_FIPS.html
Claims (3)
1. Устройство нагружения для испытаний грунтов, характеризующееся тем, что состоит из двух частей, жестко связанных между собой рамой и станиной, одна из которых создает квазистатические воздействия, а другая - гармонические воздействия, причем можно создавать на испытуемый образец любые сочетания квазистатического силового или кинематического нагружения с динамическим силовым или кинематическим нагружением.
2. Устройство нагружения для испытаний грунтов по п. 1, отличающееся тем, что в качестве устройства квазистатического кинематического нагружения использована винтовая пара с редуцированием скорости оборотов винта или с приводом от шагового электродвигателя, а для силовой квазистатики выполняется управление деформацией по обратной связи с величиной действующей нагрузки на образец.
3. Устройство нагружения для испытаний грунтов по п. 1, отличающееся тем, что в качестве устройства гармонических кинематических воздействий используется эксцентриковый привод с толкателем на штамп испытуемого образца, а для создания гармонических силовых воздействий между толкателем и штампом устанавливается упругий элемент.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017130872U RU177646U1 (ru) | 2017-08-31 | 2017-08-31 | Устройство нагружения для испытаний грунтов |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017130872U RU177646U1 (ru) | 2017-08-31 | 2017-08-31 | Устройство нагружения для испытаний грунтов |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU177646U1 true RU177646U1 (ru) | 2018-03-05 |
Family
ID=61568146
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2017130872U RU177646U1 (ru) | 2017-08-31 | 2017-08-31 | Устройство нагружения для испытаний грунтов |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU177646U1 (ru) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN111458214A (zh) * | 2019-12-24 | 2020-07-28 | 南京理工大学 | 一种大尺寸冻土真三轴加载试验装置 |
CN112268794A (zh) * | 2020-09-29 | 2021-01-26 | 中国科学院金属研究所 | 一种确定金属材料抗穿甲最佳微观组织状态的方法 |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1490564A1 (ru) * | 1987-06-26 | 1989-06-30 | Кубанский государственный университет | Установка дл исследовани динамических свойств грунта в услови х трехосных испытаний |
SU1571465A1 (ru) * | 1988-04-29 | 1990-06-15 | Кубанский государственный университет | Установка дл исследовани динамических свойств грунтов в услови х трехосного нагружени |
RU2028601C1 (ru) * | 1990-01-05 | 1995-02-09 | Научно-исследовательский институт специального машиностроения МГТУ им.Н.Э.Баумана | Устройство для определения механических характеристик грунта |
EP1522850A2 (fr) * | 2003-10-10 | 2005-04-13 | Institut Français du Pétrole | Méthode et dispositif pour mesurer l'anisotropie de résistivité d'échantillons de roche présentant des litages |
RU2332664C1 (ru) * | 2007-02-08 | 2008-08-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тверской государственный технический университет" | Устройство для испытания грунта |
-
2017
- 2017-08-31 RU RU2017130872U patent/RU177646U1/ru active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1490564A1 (ru) * | 1987-06-26 | 1989-06-30 | Кубанский государственный университет | Установка дл исследовани динамических свойств грунта в услови х трехосных испытаний |
SU1571465A1 (ru) * | 1988-04-29 | 1990-06-15 | Кубанский государственный университет | Установка дл исследовани динамических свойств грунтов в услови х трехосного нагружени |
RU2028601C1 (ru) * | 1990-01-05 | 1995-02-09 | Научно-исследовательский институт специального машиностроения МГТУ им.Н.Э.Баумана | Устройство для определения механических характеристик грунта |
EP1522850A2 (fr) * | 2003-10-10 | 2005-04-13 | Institut Français du Pétrole | Méthode et dispositif pour mesurer l'anisotropie de résistivité d'échantillons de roche présentant des litages |
RU2332664C1 (ru) * | 2007-02-08 | 2008-08-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тверской государственный технический университет" | Устройство для испытания грунта |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN111458214A (zh) * | 2019-12-24 | 2020-07-28 | 南京理工大学 | 一种大尺寸冻土真三轴加载试验装置 |
CN112268794A (zh) * | 2020-09-29 | 2021-01-26 | 中国科学院金属研究所 | 一种确定金属材料抗穿甲最佳微观组织状态的方法 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Van Den Abeele et al. | Nonlinear elastic wave spectroscopy (NEWS) techniques to discern material damage, Part II: Single-mode nonlinear resonance acoustic spectroscopy | |
Santucci de Magistris et al. | A triaxial testing system to evaluate stress-strain behavior of soils for wide range of strain and strain rate | |
Schiavi et al. | Acoustic emissions at high and low frequencies during compression tests in brittle materials | |
RU177646U1 (ru) | Устройство нагружения для испытаний грунтов | |
WO2019045596A1 (ru) | Устройство нагружения для испытаний грунтов | |
Taheri et al. | Degradation and improvement of mechanical properties of rock under triaxial compressive cyclic loading | |
Sorokin et al. | Increasing efficiency of vibration protection system by using pneumatic rubber cord devices | |
RU2628874C2 (ru) | Способ лабораторного испытания грунтов | |
Niktabar et al. | Automatic static and cyclic shear testing machine under constant normal stiffness boundary conditions | |
Bragov et al. | Experimental study of the dynamic properties of concrete under compressive load | |
Kasımzade et al. | Investigation of modal parameters on steel model bridge using EFDD method | |
CN102261983A (zh) | 一种拉索结构施工中结构刚度的同步测量方法 | |
Lamzin et al. | Analysis of the dynamic behavior of sand-lime and ceramic bricks | |
Zehtab et al. | Experimental study of strain dependent shear modulus of Ottawa sand | |
Bagheri et al. | An experimental study of the initial volumetric strain rate effect on the creep behaviour of reconstituted clays | |
Guzev et al. | Non-classical model for description of the dynamic elasticity modulus of the material | |
RU2543709C2 (ru) | Способ определения напряженно-деформированного состояния материала с хрупким скелетом | |
Nizhegorodov et al. | Hydraulic drive of vibration stand for testing the robotic systems units by random vibration method | |
Cavallari | Soil testing using a Chirp RC | |
RU2589459C2 (ru) | Способ диагностики преднапряженных железобетонных пролетных строений балочного типа | |
Latypov et al. | Investigation of sandy soil dynamic strength by the method of self-excited vibration | |
Cai et al. | Measurement and evaluation of damping properties of damping material | |
Jamali Zavareh et al. | Effect of micro-structure on fatigue behavior of intact rocks under completely reversed loading | |
Das et al. | Effect of saturation on dynamic properties of Barak River Sand at small strain condition | |
Ashlock et al. | Characterization of dynamic soil-pile interaction by random vibration methods: Experimental design and preliminary results |