RU2361188C1 - Способ определения коэффициента пуассона материала - Google Patents
Способ определения коэффициента пуассона материала Download PDFInfo
- Publication number
- RU2361188C1 RU2361188C1 RU2008106215/28A RU2008106215A RU2361188C1 RU 2361188 C1 RU2361188 C1 RU 2361188C1 RU 2008106215/28 A RU2008106215/28 A RU 2008106215/28A RU 2008106215 A RU2008106215 A RU 2008106215A RU 2361188 C1 RU2361188 C1 RU 2361188C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- sample
- poisson
- acoustic emission
- transverse
- ratio
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области исследования механических свойств материалов.
Сущность: одноосно механически нагружают образец, регистрируют с помощью двух независимых измерительных каналов возникающие при этом поперечные и продольные деформации и вычисляют коэффициент Пуассона по результатам этих измерений. Синхронно с деформациями измеряют и регистрируют по третьему измерительному каналу активность акустической эмиссии образца. Поперечные и продольные деформации измеряют на временном интервале механического нагружения образца, на котором зарегистрированные значения активности акустической эмиссии минимальны.
Технический результат: повышение точности определения коэффициента Пуассона. 2 ил.
Description
Способ относится к области исследования механических свойств материалов и может быть использован для определения коэффициента Пуассона, например горных пород.
Известен способ определения коэффициента Пуассона материала, заключающийся в механическом нагружении образца путем вдавливания в него сферического индентора и измерении диаметра пятна касания индентора, а также деформации материала и расстояния от места замера деформации до центра пятна касания, по которым вычисляют коэффициент Пуассона [1].
Недостатком известного способа является низкая точность определения коэффициента Пуассона из-за возможного существенного различия механических, в частности упругих и прочностных, свойств образца в его приповерхностных и внутренних областях, а также из-за сложности измерения с малыми погрешностями параметров, по которым рассчитывается коэффициент Пуассона.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ определения коэффициента Пуассона материала, заключающийся в одноосном механическом нагружении образца, измерении и регистрации с помощью двух независимых измерительных каналов возникающих при этом поперечных и продольных деформаций и вычислении коэффициента Пуассона по результатам этих измерений [2]. В указанном способе-прототипе нагружение образца и измерения на нем проводят в два цикла, причем если в первом цикле нагружения продольные деформации измеряют первым измерительным каналом, а поперечные - вторым, то во втором цикле нагружения продольные деформации измеряют вторым измерительным каналом, а поперечные первым, усредняют результаты измерений соответствующих деформаций, измеренных в двух циклах нагружения, и по полученным усредненным значениям деформаций определяют коэффициент Пуассона.
Недостатком известного способа является низкая точность определения коэффициента Пуассона, особенно материалов с повышенной дефектностью, например таких как геоматериалы (горные породы). Их суммарная деформация складывается из упругой и неупругой составляющих, что приводит к нелинейному характеру связи между напряжениями и деформациями в значительной части диапазона нагружения. Это является источником погрешности оценки коэффициента Пуассона, который по определению должен характеризовать упругие свойства материала, и значит, измеряться в диапазоне напряжений, где их связь с деформациями максимально линейна.
В данной заявке решается задача повышения точности определения коэффициента Пуассона, за счет измерения поперечных и продольных деформаций в диапазоне напряжений, где их связь с деформациями максимально линейна.
Для решения поставленной задачи в способе определения коэффициента Пуассона материала, заключающемся в одноосном механическом нагружении образца, измерении и регистрации с помощью двух независимых измерительных каналов возникающих при этом поперечных и продольных деформаций и вычислении коэффициента Пуассона по результатам этих измерений, дополнительно синхронно с деформациями измеряют и регистрируют по третьему измерительному каналу активность акустической эмиссии образца, а поперечные и продольные деформации измеряют на временном интервале механического нагружения образца, на котором зарегистрированные значения активности акустической эмиссии минимальны.
Физические предпосылки предлагаемого способа определения коэффициента Пуассона дефектных материалов (геоматериалов) заключаются в особенностях их деформирования по сравнению с такими относительно малодефективными материалами, как, например, металлы.
При приложении увеличивающейся осевой нагрузки к образцу его суммарная деформация складывается из упругой и неупругой составляющих, соотношение между которыми на разных стадиях нагружения различно. Так, на начальной стадии нагружения деформирование носит преимущественно неупругий характер. Здесь закрываются поры и трещины в геоматериале, происходит разрушение слабых связей между отдельными структурными элементами, прочность которых оказывается ниже приложенной нагрузки. Указанное разрушение сопровождается значительной активностью акустической эмиссии. По мере дальнейшего монотонного увеличения нагрузки соотношение менее и более прочных связей между отдельными структурными элементами постоянно меняется в пользу последних. При этом активность акустической эмиссии уменьшается. При достижении определенных индивидуальных для каждого типа геоматериала значений напряжений в нем достигается так называемое состояние максимального уплотнения. В этом состоянии геоматериал характеризуется минимумом дефектов и максимальным сопротивлением к их образованию и росту, а значит и минимумом активности акустической эмиссии, возникающей под влиянием одноосного нагружения. При превышении последним некоторого порогового значения происходит образование новых дефектов (трещин) и, как следствие, резкое увеличение поперечных деформаций образца и рост активности акустической эмиссии. Таким образом, именно на участке нагружения, где имеет место состояние максимального уплотнения образца, преобладают упругие деформации, а активность акустической эмиссии минимальна. Связь между напряжением и деформацией здесь наиболее линейна, а расчетное значение коэффициента Пуассона наиболее точно.
Способ определения коэффициента Пуассона материала иллюстрируется фиг.1 и фиг.2, где на фиг.1 схематично показано устройство, обеспечивающее реализацию способа, а на фиг.2 - характерные графики изменения во времени осевого напряжения σ1, поперечной деформации ε3, продольной деформации ε1, активности 
акустической эмиссии и коэффициента ν Пуассона, полученные экспериментально при одноосном нагружении образца песчаника Жезказганского месторождения.
Представленное на фиг.1 устройство содержит верхнюю нагружающую плиту 1 и нижнюю нагружающую плиту 2 гидравлического пресса (на фиг.1 условно не показан), между которыми размещен исследуемый образец 3 геоматериала. На образце 3 закреплены датчики 4 поперечных деформаций, датчик 5 продольных деформаций и приемный пьезопреобразователь 6 акустической эмиссии, имеющий надежный акустический контакт с образцом 3. Датчик 4 поперечных деформаций подключен ко входу прибора 7 для измерения поперечных деформаций. Датчик 5 продольных деформаций подключен ко входу прибора 9 для измерения продольных деформаций. Приемный пьезопреобразователь 6 акустической эмиссии подключен ко входу прибора 8 для измерения активности акустической эмиссии. При этом выходы измерительных приборов 7, 8 и 9 подключены к соответствующим входам многоканального регистратора 10, в качестве которого может быть использован персональный компьютер.
На фиг.2 представлены графики, иллюстрирующие изменение соответствующих параметров нагружаемого образца 3 песчаника во времени: график 11 поперечных деформаций ε1, график 12 продольных деформаций ε1 и график 13 активности 
акустической эмиссии. На временной оси (абсцисс) графиков фиг.2 отмечены моменты 14 и 15 времени, соответственно начала t1 и конца t2 временного интервала Δt=t2-t1 нагружения образца 3, на котором значения активности 
акустической эмиссии минимальны. На фиг.2 представлены также график 16, отражающий измерение во времени осевого напряжения σ1 в образце, и график 17, отражающий изменение во времени рассчитанного коэффициента ν Пуассона.
Способ определения коэффициента Пуассона материала реализуют следующим образом. Образец 3 (обычно цилиндрической формы) помещают между верхней нагружающей плитой 1 и нижней нагружающей плитой 2 пресса (на фиг.1 условно не показан), с помощью которого путем увеличения осевого давления Р, осуществляют механическое нагружение образца 3 вдоль его оси. При этом в соответствии с графиком 16 возрастает осевое напряжение в образце 3, увеличиваются в соответствии с графиком 11 его поперечные деформации ε3 и в соответствии с графиком 12 его продольные деформации ε1. Поперечные деформации ε3 образца 3 воспринимают датчиком 4 поперечных деформаций и измеряют прибором 7 для измерения поперечных деформаций, а продольные деформации ε1 образца 3 воспринимают датчиком 5 продольных деформаций и измеряют прибором 9 для измерения продольных деформаций.
В процессе одноосного нагружения образца 3 синхронно с измерением деформаций с помощью приемного пьезопреобразователя 6 принимают возникающие в образце 3 сигналы акустической эмиссии. Эти сигналы подают на вход прибора 8 измерения активности 
акустической эмиссии. Сигналы с выходов приборов 7, 8 и 9 подают на соответствующие входы многоканального регистратора 10, на индикаторе которого получают график 11 поперечных деформаций, график 12 продольных деформаций и график 13 активности акустической эмиссии в функции от времени t.
На временной оси графика 13 активности акустической эмиссии отмечают момент 14 времени t1 и момент 15 времени t2, в которые соответственно начинается и заканчивается временной интервал Δt=t2-t1, где активность 
акустической эмиссии минимальна.
Далее из точек t1 и t2, соответствующих моментам 14 и 15 на оси времени, проводят перпендикулярно этой оси параллельные пунктирные прямые и получают, таким образом, проекции интервала Δt на график 11 относительной поперечной деформации и на график 12 относительной продольной деформации. Проекции временного интервала Δt на график 11 соответствует конечная на интервале Δt относительная поперечная деформация ε32 и начальная на интервале Δt относительная поперечная деформация ε31. Проекции временного интервала Δt на графике 12 соответствует конечная на интервале Δt относительная продольная деформация ε12 и начальная на интервале Δt относительная продольная деформация ε11. По измеренным приращениям Δε3=ε32-ε31 относительных поперечных деформаций и приращениям Δε1=ε12-ε11 относительных продольных деформаций рассчитывают искомый коэффициент Пуассона
Экспериментальная проверка предлагаемого способа определения коэффициента Пуассона осуществлялась на цилиндрическом образце песчаника диаметром 40 мм и высотой 80 мм в соответствии со схемой, представленной на фиг.1, и описанным выше алгоритмом. При этом были получены зависимости, представленные на фиг.2. На графике 13 зависимости активности акустической эмиссии 
в образце 3 песчаника от времени t его нагружения был выделен участок между моментом 15 времени t2, и моментом 14 времени t1, где активность 
акустической эмиссии минимальна. При этом величина t2 составила 294 с, величина t1=212 с. По графику 11 поперечных деформаций были определены значения этих деформаций, соответствующие моментам времени t2 и t1, которые составили, соответственно, ε32=9,38·10-4 и ε31=3,91·10-4. Далее по графику 12 продольных деформаций были определены значения этих деформаций, соответствующие моментам времени t2 и t1, которые составили, соответственно, ε12=128·10-4 и ε11=100·10-4. Откуда Δε3=ε32-ε31=5,47·10-4 и Δε1=28·10-4, а искомый коэффициент ν Пуассона 
Таким образом, предлагаемый способ позволяет повысить точность определения коэффициента Пуассона геоматериала, так как он рассчитывается по относительным поперечным и продольным деформациям образца в диапазоне максимально возможной для данного материала линейности между напряжениями и деформациями, о чем свидетельствует минимальный уровень активности акустической эмиссии.
Источники информации
1. Авторское свидетельство СССР №1176209, Кл. G01N 3/00, опубл. 30.08.85, Бюл. №32.
2. Авторское свидетельство СССР №551536, Кл. G01N 3/00, опубл. 25.03.77, Бюл. №1.
Claims (1)
- Способ определения коэффициента Пуассона материала, заключающийся в одноосном механическом нагружении образца, регистрации с помощью двух независимых измерительных каналов возникающих при этом поперечных и продольных деформаций и вычислении коэффициента Пуассона по результатам этих измерений, отличающийся тем, что синхронно с деформациями измеряют и регистрируют по третьему измерительному каналу активность акустической эмиссии образца, а поперечные и продольные деформации измеряют на временном интервале механического нагружения образца, на котором зарегистрированные значения активности акустической эмиссии минимальны.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2008106215/28A RU2361188C1 (ru) | 2008-02-21 | 2008-02-21 | Способ определения коэффициента пуассона материала |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2008106215/28A RU2361188C1 (ru) | 2008-02-21 | 2008-02-21 | Способ определения коэффициента пуассона материала |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2361188C1 true RU2361188C1 (ru) | 2009-07-10 |
Family
ID=41045847
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2008106215/28A RU2361188C1 (ru) | 2008-02-21 | 2008-02-21 | Способ определения коэффициента пуассона материала |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2361188C1 (ru) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2447284C2 (ru) * | 2010-04-28 | 2012-04-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный горный институт имени Г.В. Плеханова (технический университет)" | Способ определения коэффициента пуассона горных пород |
| RU2818645C1 (ru) * | 2023-07-29 | 2024-05-03 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем механики им. А.Ю. Ишлинского Российской академии наук (ИПМех РАН) | Способ совместного определения коэффициента Пуассона и коэффициентов контактного трения при испытании на сжатие |
-
2008
- 2008-02-21 RU RU2008106215/28A patent/RU2361188C1/ru not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2447284C2 (ru) * | 2010-04-28 | 2012-04-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный горный институт имени Г.В. Плеханова (технический университет)" | Способ определения коэффициента пуассона горных пород |
| RU2818645C1 (ru) * | 2023-07-29 | 2024-05-03 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем механики им. А.Ю. Ишлинского Российской академии наук (ИПМех РАН) | Способ совместного определения коэффициента Пуассона и коэффициентов контактного трения при испытании на сжатие |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP3076153B1 (en) | Method for calculating an indenter area function and quantifying a deviation from the ideal shape of an indenter | |
| CN102323170B (zh) | 一种超硬金刚石薄膜力学性能的测试方法 | |
| JP6314787B2 (ja) | 材料試験機 | |
| KR20110124574A (ko) | 재료의 잔류응력 평가 방법 | |
| Li et al. | Effects of machine stiffness on the loading–displacement curve during spherical nano-indentation | |
| CN109030259A (zh) | 一种反复加卸载球形压头压入获取材料单轴应力-应变关系的方法 | |
| RU2350922C1 (ru) | Способ определения коэффициента пуассона горных пород | |
| Rosenberg et al. | On the effect of manganin gauge geometries upon their response to lateral stress | |
| RU2361188C1 (ru) | Способ определения коэффициента пуассона материала | |
| CN109030132B (zh) | 一种蠕变损伤对比试块制备方法、损伤检测方法及系统 | |
| US6829944B1 (en) | Bolt tension gauging system | |
| WO2006062524A2 (en) | Bolt tension gauging system | |
| JP3606086B2 (ja) | 構造体コンクリートの強度推定方法 | |
| KR101720150B1 (ko) | 상호 상관이 적용된 비선형 초음파 공진 기법을 적용하여 콘크리트의 하중상태를 판단하는 측정장치 및 방법 | |
| RU2359125C1 (ru) | Способ механических испытаний образцов горных пород на прочность и устройство для его осуществления | |
| CN211178306U (zh) | 一种基于在线修正的桥式振弦应变计 | |
| Shen et al. | Prediction of residual stress components and their directions from pile-up morphology: An experimental study | |
| Scheidler et al. | Optimal pulse shapes for SHPB tests on soft materials | |
| SU1422104A1 (ru) | Способ определени предела длительной прочности горных пород | |
| Wang et al. | Dynamic testing and analysis of Poisson’s ratio constants of timber | |
| RU2796962C1 (ru) | Способ лабораторного определения деформационных характеристик грунтов | |
| KR101685507B1 (ko) | 계면접합력 평가방법 | |
| CN113295526B (zh) | 一种用电阻应变数据修正试验机位移的方法 | |
| RU2818645C1 (ru) | Способ совместного определения коэффициента Пуассона и коэффициентов контактного трения при испытании на сжатие | |
| CN108426947A (zh) | 塑性粘结炸药压缩成型件退模形变过程的声发射监测方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20140222 |