RU2367923C1 - Bench for physical modeling of geomechanical processes - Google Patents
Bench for physical modeling of geomechanical processes Download PDFInfo
- Publication number
- RU2367923C1 RU2367923C1 RU2008104889/28A RU2008104889A RU2367923C1 RU 2367923 C1 RU2367923 C1 RU 2367923C1 RU 2008104889/28 A RU2008104889/28 A RU 2008104889/28A RU 2008104889 A RU2008104889 A RU 2008104889A RU 2367923 C1 RU2367923 C1 RU 2367923C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- piston
- hydraulic cylinder
- loading mechanism
- load
- stand according
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к испытательной технике, а именно к устройствам для моделирования физических процессов в нагруженном массиве горных пород на образцах в лабораторных условиях.The invention relates to testing equipment, and in particular to devices for modeling physical processes in a loaded rock mass on samples in laboratory conditions.
Известно устройство для испытания грунта на сдвиг по патенту РФ №1033634, кл. E02D 1/00, 1983 г., представляющее собой стенд для физического моделирования геомеханических процессов, содержащий корпус для размещения испытуемого образца, установленные в корпусе штампы для взаимодействия с образцом и приводные механизмы перемещения, соединенные со штампами.A device for testing soil shear according to the patent of the Russian Federation No. 1033634, class. E02D 1/00, 1983, which is a stand for physical modeling of geomechanical processes, containing a housing for placing the test sample, dies installed in the housing for interacting with the sample, and drive mechanisms for moving connected to the dies.
Известно также устройство для испытания грунта на сдвиг (патент РФ №1337474, кл. E02D 1/00, 1987 г.), по технической сущности наиболее близкое к заявленному, выполненное в виде стенда для физического моделирования геомеханических процессов. Стенд содержит корпус для размещения испытуемого образца, размещенный в корпусе ряд штампов для взаимодействия с образцом, гидроцилиндры по числу штампов, соединенные с ними, каждый из которых включает поршень и подпоршневую полость, и приводы перемещения гидроцилиндров.It is also known a device for testing soil by shear (RF patent No. 1337474, class E02D 1/00, 1987), which is the closest to the claimed one in technical essence, made in the form of a stand for physical modeling of geomechanical processes. The stand contains a housing for accommodating the test sample, a number of dies placed in the housing for interaction with the sample, hydraulic cylinders in the number of dies connected to them, each of which includes a piston and a piston cavity, and actuators for moving the hydraulic cylinders.
Недостатком обоих известных устройств является отсутствие возможностей воспроизведения большого количества реальных режимов силовой работы элементов горного массива. Их возможности ограничиваются плавным нагружением или плавной разгрузкой участков поверхности образца в мягком режиме приложения нагрузки. Невозможно с их помощью моделировать ситуации, когда на фоне плавно изменяющихся нагрузок возникают ударные нагрузки, циклические нагрузки, ступенчатые нагрузки, при этом соответственно нет возможности проводить дополнительное нагружение с регулируемыми параметрами скорости нагружения в пределах каждого акта пригрузки. Отсутствует возможность моделировать целое направление исследований - работу элементов массива в реальных полях возбуждающихся механических нагрузок.The disadvantage of both known devices is the lack of ability to reproduce a large number of real modes of power operation of the elements of the massif. Their capabilities are limited by smooth loading or smooth unloading of sections of the sample surface in the soft load application mode. It is impossible to use them to simulate situations when shock loads, cyclic loads, step loads occur against the background of smoothly changing loads, while, accordingly, there is no possibility to carry out additional loading with adjustable parameters of the loading speed within each loading act. There is no possibility to simulate a whole area of research - the work of array elements in real fields of excited mechanical loads.
Изобретение решает задачу повышения достоверности получаемых результатов исследований, а также расширения функциональных возможностей устройства за счет обеспечения возможности испытания образцов при независимом наложении ударных, циклических, ступенчатых нагрузок с регулируемыми параметрами изменения дополнительной нагрузки на фоне плавно и независимо изменяющихся уровней нагружения этих участков.The invention solves the problem of increasing the reliability of the obtained research results, as well as expanding the functional capabilities of the device by providing the possibility of testing samples with independent application of shock, cyclic, step loads with adjustable parameters for changing the additional load against the background of smoothly and independently changing loading levels of these sections.
Технический результат достигается тем, что стенд для физического моделирования геомеханических процессов, содержащий корпус для размещения испытуемого образца, размещенный в корпусе по меньшей мере один штамп для взаимодействия с образцом, гидроцилиндры по числу штампов, соединенные с ними, каждый из которых включает поршень и подпоршневую полость, и приводы перемещения гидроцилиндров, снабжен дополнительным гидроцилиндром с поршнем, подпоршневая полость которого гидравлически связана с подпоршневой полостью по меньшей мере одного гидроцилиндра, и по меньшей мере одним механизмом нагружения, кинематически связанным с поршнем дополнительного гидроцилиндра.The technical result is achieved by the fact that the stand for physical modeling of geomechanical processes, comprising a housing for placing the test sample, placed in the housing at least one stamp for interaction with the sample, hydraulic cylinders in the number of stamps connected to them, each of which includes a piston and a piston cavity , and hydraulic cylinder displacement drives, is equipped with an additional hydraulic cylinder with a piston, the piston cavity of which is hydraulically connected to the piston cavity of at least one a hydraulic cylinder, and at least one loading mechanism kinematically connected with the piston of the additional hydraulic cylinder.
Кроме того, механизм нагружения может быть выполнен, например, в виде механизма ударного нагружения или в виде механизма циклического нагружения.In addition, the loading mechanism can be performed, for example, in the form of a shock loading mechanism or in the form of a cyclic loading mechanism.
Кроме того, механизм ударного нагружения может быть выполнен, например, в виде сбрасываемого груза с направляющими для его перемещения, размещенного с возможностью взаимодействия с поршнем дополнительного гидроцилиндра, и лебедки, связанной с грузом и снабженной фиксатором и регулятором высоты подъема груза.In addition, the mechanism of shock loading can be performed, for example, in the form of a discharged cargo with guides for its movement, placed with the possibility of interaction with the piston of the additional hydraulic cylinder, and a winch associated with the load and equipped with a latch and a regulator of the height of the load.
Кроме того, стенд может быть дополнительно снабжен самотормозящейся клиновой парой, подвижный клин которой кинематически связан с поршнем дополнительного гидроцилиндра и с механизмом ударного нагружения.In addition, the stand can be additionally equipped with a self-braking wedge pair, the movable wedge of which is kinematically connected with the piston of the additional hydraulic cylinder and with the mechanism of shock loading.
Кроме того, механизм циклического нагружения в варианте изготовления может быть выполнен в виде эксцентрика с приводом его поворота и упругого элемента, кинематически связывающего эксцентрик с поршнем дополнительного гидроцилиндра.In addition, the cyclic loading mechanism in the manufacturing embodiment can be made in the form of an eccentric with a drive of its rotation and an elastic element kinematically connecting the eccentric with the piston of the additional hydraulic cylinder.
Кроме того, стенд снабжен приспособлением для поджатия упругого элемента механизма циклического нагружения.In addition, the stand is equipped with a device for preloading the elastic element of the cyclic loading mechanism.
Кроме того, упругий элемент механизма циклического нагружения выполнен в виде по меньшей мере одной пружины. В качестве пружин механизма циклического нагружения использованы, например, тарельчатые пружины.In addition, the elastic element of the cyclic loading mechanism is made in the form of at least one spring. As springs of the cyclic loading mechanism, for example, Belleville springs are used.
Кроме того, стенд дополнительно снабжен регулятором соотношения жидкой и газообразной составляющих в дополнительном гидроцилиндре.In addition, the stand is additionally equipped with a regulator of the ratio of liquid and gaseous components in an additional hydraulic cylinder.
Кроме того, гидроцилиндр и дополнительный гидроцилиндр выполнены с соотношением рабочих сечений, отличающимся от единицы.In addition, the hydraulic cylinder and the additional hydraulic cylinder are made with a ratio of working sections different from unity.
Снабжение стенда дополнительным гидроцилиндром с поршнем, подпоршневая полость которого гидравлически связана с подпоршневой полостью по меньшей мере одного гидроцилиндра, и по меньшей мере одним механизмом нагружения, кинематически связанным с поршнем дополнительного гидроцилиндра, позволяет расширить функциональные возможности устройства благодаря обеспечению подачи дополнительных нагрузок различного вида на действующие плавно меняющиеся нагрузки механизма нагружения. При этом механизм нагружения воздействует на поршень дополнительного гидроцилиндра, происходит рост давления в системе подпоршневых полостей гидроцилиндров и это создает дополнительное усилие на гидроцилиндре, а значит, и на соответствующем штампе, и на контактирующем с этим штампом участке поверхности образца. Вид дополнительной нагрузки зависит от вида механизма нагружения.Providing the stand with an additional hydraulic cylinder with a piston, the piston cavity of which is hydraulically connected with the piston cavity of at least one hydraulic cylinder, and at least one loading mechanism kinematically connected with the piston of the additional hydraulic cylinder, allows expanding the device's functionality by providing additional loads of various kinds to the existing smoothly changing loads of the loading mechanism. In this case, the loading mechanism acts on the piston of the additional hydraulic cylinder, the pressure increases in the system of the piston cavities of the hydraulic cylinders and this creates additional force on the hydraulic cylinder, and therefore, on the corresponding stamp and on the sample surface portion in contact with this stamp. The type of additional load depends on the type of loading mechanism.
Выполнение механизма нагружения в виде механизма ударного нагружения обеспечивает динамический характер накладываемой нагрузки путем создания ударного импульса, который провоцирует ударную волну в образце и исчезает.The implementation of the loading mechanism in the form of a shock loading mechanism ensures the dynamic nature of the applied load by creating a shock pulse, which provokes a shock wave in the sample and disappears.
В варианте изготовления механизм ударного нагружения может быть выполнен в виде сбрасываемого груза с направляющими для его перемещения, с лебедкой, фиксатором и регулятором высоты подъема груза, что позволяет регулировать величину ударного импульса благодаря возможности поднимать груз и сбрасывать его с разной высоты.In an embodiment, the mechanism of shock loading can be made in the form of a dumped load with guides for moving it, with a winch, a latch and a height regulator for lifting the load, which allows you to adjust the value of the shock impulse due to the ability to lift the load and drop it from different heights.
Снабжение стенда самотормозящейся клиновой парой, подвижный клин которой кинематически связывает поршень дополнительного гидроцилиндра с механизмом ударного нагружения, обеспечивает создание ступенчатых нагрузок, накладывающихся на плавно изменяющуюся нагрузку. При этом ударный механизм перемещает подвижный клин, который из-за выполнения клиновой пары самотормозящейся не может вернуться в исходное положение после исчезновения ударного импульса. Как известно, клиновая пара обладает свойством самоторможения, если угол клина меньше 6°; тогда при любой величине приложенной нормальной силы обратного движения клиньев не происходит за счет соотношения этой нормальной силы, сдвигающей силы и силы трения. Ступенчатое перемещение подвижного клина вызывает соответственно ступенчатое перемещение поршня дополнительного гидроцилиндра, а это создает неисчезающее приращение давления в подпоршневых полостях и соответствующее ступенчатое нагружение штампа и образца.Supplying the stand with a self-braking wedge pair, the movable wedge of which kinematically connects the piston of the additional hydraulic cylinder with the mechanism of shock loading, ensures the creation of step loads superimposed on a smoothly varying load. In this case, the shock mechanism moves the moving wedge, which, due to the implementation of the wedge pair, self-braking, cannot return to its original position after the disappearance of the shock pulse. As is known, a wedge pair has the property of self-braking if the wedge angle is less than 6 °; then, for any value of the applied normal force, the backward movement of the wedges does not occur due to the ratio of this normal force, shear force, and friction force. The stepwise movement of the movable wedge causes the stepwise movement of the piston of the additional hydraulic cylinder, and this creates a non-disappearing pressure increment in the piston cavities and the corresponding stepwise loading of the stamp and the sample.
Механизм нагружения может быть также выполнен в виде механизма циклического нагружения, обеспечивая циклический характер изменения накладываемой нагрузки путем циклического перемещения поршня дополнительного гидроцилиндра, а это, в свою очередь, приводит к циклическому повышению давления в подпоршневых полостях и циклически пригружает соответствующий штамп и участок образца.The loading mechanism can also be made in the form of a cyclic loading mechanism, providing the cyclic nature of the change in the applied load by cyclic movement of the piston of the additional hydraulic cylinder, and this, in turn, leads to a cyclic increase in pressure in the piston cavities and cyclically loads the corresponding stamp and the sample section.
В варианте изготовления механизм циклического нагружения может быть выполнен, например, в виде эксцентрика с приводом его поворота и упругого элемента, кинематически связывающего эксцентрик с поршнем дополнительного гидроцилиндра, что дополнительно расширяет возможности стенда благодаря тому, что можно в любой момент повернуть эксцентрик на заданный угол и оставить его в этом положении. В этом случае создается постоянная пригрузка вместо циклической, причем уровень постоянной пригрузки определяется углом поворота эксцентрика. Эта постоянная пригрузка удерживается упругим элементом вплоть до возобновления поворотов эксцентрика, после чего постоянная пригрузка опять преобразуется в циклическую.In the manufacturing embodiment, the cyclic loading mechanism can be performed, for example, in the form of an eccentric with a drive of its rotation and an elastic element kinematically connecting the eccentric with the piston of the additional hydraulic cylinder, which further expands the capabilities of the bench due to the fact that the eccentric can be turned at a given angle at any time and leave it in that position. In this case, a constant load is created instead of a cyclic one, and the level of constant load is determined by the angle of rotation of the eccentric. This constant load is held by the elastic element until the eccentric rotates again, after which the constant load is again converted to cyclic.
Снабжение стенда приспособлением для поджатия упругого элемента механизма циклического нагружения позволяет дополнительно регулировать циклические нагрузки, а именно поджатие упругого элемента задает пределы изменения циклической нагрузки: чем больше поджатие, тем выше средний уровень нагрузок, т.е. выше и минимальные и максимальные нагрузки цикла.Providing the bench with a device for compressing the elastic element of the cyclic loading mechanism allows you to further adjust the cyclic loads, namely, the compression of the elastic element sets the limits for changing the cyclic load: the greater the compression, the higher the average level of loads, i.e. higher and minimum and maximum cycle loads.
Выполнение упругого элемента механизма циклического нагружения в виде пружины расширяет возможности стенда при испытании образцов с высокой деформативностью. Под действием циклических нагрузок образец сравнительно быстро деформируется и «уходит» из-под нагрузки. Пружина частично компенсирует этот уход и сохраняет заданные пределы циклов.The implementation of the elastic element of the cyclic loading mechanism in the form of a spring expands the capabilities of the bench when testing samples with high deformability. Under the action of cyclic loads, the sample is relatively quickly deformed and "leaves" under load. The spring partially compensates for this departure and maintains the set cycle limits.
Выполнение пружин тарельчатыми позволяет менять уровни нагрузки в более широких пределах, чем, например, при использовании витых пружин при тех же размерах и параметрах механизма циклического нагружения. Это обеспечивается изменениями вариантов сборки тарельчатой пружины: по одной, по две, по три и т.д. тарелки в пакете.The implementation of Belleville springs allows you to change the load levels over a wider range than, for example, when using coil springs with the same dimensions and parameters of the cyclic loading mechanism. This is ensured by changes in the options for assembling a Belleville spring: one, two, three, etc. plates in the package.
Снабжение стенда регулятором соотношения жидкой и газообразной составляющих в дополнительном гидроцилиндре позволяет регулировать параметры изменения дополнительной нагрузки, а именно если в подпоршневой полости содержатся слой газа и слой жидкости, то при перемещении поршня дополнительного гидроцилиндра сначала деформируется слой газа с высокой характеристикой сжатия, а затем - жидкость с низкой характеристикой сжатия. При постоянной средней скорости движения поршня давление в подпоршневых полостях будет нарастать с разной скоростью: сначала медленно, затем быстро. Это и определяет параметры прикладываемой дополнительной нагрузки, будь она ударной, циклической или ступенчатой.Providing the stand with a regulator of the ratio of liquid and gaseous components in the additional hydraulic cylinder allows you to adjust the parameters for changing the additional load, namely, if the gas layer and the liquid layer are contained in the piston cavity, then when moving the piston of the additional hydraulic cylinder, the gas layer with a high compression characteristic is first deformed, and then the liquid with low compression characteristics. With a constant average piston speed, the pressure in the piston cavities will increase at different speeds: first slowly, then quickly. This determines the parameters of the applied additional load, whether it is shock, cyclic or step.
Выполнение гидроцилиндра и дополнительного гидроцилиндра разными по величине рабочих сечений позволяет использовать эту гидравлическую пару как мультипликатор: если рабочее сечение гидроцилиндра больше, чем дополнительного гидроцилиндра, то нагрузка на штампе больше, чем создаваемая каким-либо механизмом нагружения, и больше во столько раз, во сколько раз больше рабочее сечение гидроцилиндра. При обратном исполнении гидроцилиндров происходит понижение нагрузки на штампе. Это дополнительно расширяет возможности стенда.The implementation of the hydraulic cylinder and the additional hydraulic cylinder with different working cross sections allows you to use this hydraulic pair as a multiplier: if the working cross section of the hydraulic cylinder is greater than the additional hydraulic cylinder, then the load on the stamp is greater than that created by any loading mechanism, and so many times more times the working section of the hydraulic cylinder. With the reverse execution of hydraulic cylinders, the load on the stamp is reduced. This further expands the capabilities of the stand.
Изобретение поясняется чертежами, на которых на фиг.1 представлена общая схема стенда; на фиг.2 - механизм ударного нагружения; на фиг 3. - механизм циклического нагружения; на фиг.4 - клиновая пара с механизмом ударного нагружения, вид спереди; на фиг.5 - клиновая пара с механизмом ударного нагружения, вид сбоку; на фиг.6 - вариант исполнения гидроцилиндра и дополнительного гидроцилиндра.The invention is illustrated by drawings, in which figure 1 presents the General scheme of the stand; figure 2 - the mechanism of shock loading; in Fig 3. - the mechanism of cyclic loading; figure 4 is a wedge pair with a mechanism of shock loading, front view; figure 5 is a wedge pair with a mechanism of shock loading, side view; figure 6 is an embodiment of a hydraulic cylinder and an additional hydraulic cylinder.
Стенд для физического моделирования геомеханических процессов (фиг.1) содержит корпус 1 для размещения испытуемого образца 2, размещенный в корпусе по меньшей мере один штамп 3 для взаимодействия с образцом 2, гидроцилиндры 4 по числу штампов 3, соединенные с ними, причем каждый из гидроцилиндров включает поршень 5 и подпоршневую полость 6, и приводы 7 перемещения гидроцилиндров 4.A stand for physical modeling of geomechanical processes (Fig. 1) contains a
Стенд снабжен дополнительным гидроцилиндром 8 с поршнем 9, подпоршневая полость 10 которого гидравлически связана с подпоршневой полостью 6 по меньшей мере одного гидроцилиндра 4, и по меньшей мере одним механизмом нагружения, кинематически связанным с поршнем 9 дополнительного гидроцилиндра 8.The stand is equipped with an additional
Механизм нагружения в варианте исполнения может быть выполнен в виде механизма 11 ударного нагружения (фиг.2) или в виде механизма 12 циклического нагружения (фиг.3). В зависимости от условий проведения моделирования геомеханических процессов возможно также использование в составе стенда обоих вариантов механизма нагружения совместно.The loading mechanism in the embodiment can be made in the form of a mechanism of shock loading 11 (figure 2) or in the form of a
Кроме того, стенд снабжен самотормозящейся клиновой парой 13, 14 (фиг.4 и фиг.5), подвижный клин 13 которой кинематически связывает поршень 9 дополнительного гидроцилиндра 8 с механизмом 11 ударного нагружения.In addition, the stand is equipped with a self-
Механизм 11 ударного нагружения, как показано на фиг.2, выполнен в виде сбрасываемого груза 15 с направляющими 16 для его перемещения, размещенного над поршнем 9 дополнительного гидроцилиндра 8 с возможностью взаимодействия с ним, и лебедки 17, связанной с грузом 15 с помощью троса 18 и устройства 19 для крепления троса на грузе и снабженной фиксатором 20 и регулятором 21 высоты подъема груза 15 (фиг.2).The mechanism of
Лебедка 17 механизма 11 ударного нагружения снабжена также косозубым колесом 22 с трещоткой 23 и рычагом 24 поворота трещотки, связанным с фиксатором 20 (фиг.4). Регулятор 21 высоты подъема груза (фиг.2) представляет собой рычаг с рукояткой 25. Для исключения перекосов поршня 9 дополнительного гидроцилиндра 8 нагрузка на поршень передается через сферическую пару 26.The
Механизм 12 циклического нагружения (фиг.3) выполнен в виде эксцентрика 27, установленного на оси 28 и снабженного приводом 29 его поворота, и упругого элемента 30, кинематически связывающего эксцентрик 27 с поршнем 9 дополнительного гидроцилиндра 8.The cyclic loading mechanism 12 (Fig. 3) is made in the form of an eccentric 27 mounted on an
Упругий элемент 30 механизма 12 циклического нагружения выполнен в виде пружины. Как было отмечено выше, наиболее целесообразным является применение тарельчатой пружины, причем возможно использование различных вариантов сборки: от одной до двух, трех и т.д. тарелок в пакете.The
Для поджатия упругого элемента 30 стенд снабжен приспособлением 31, изготовленным, например, в виде массивного элемента 32, на нижней плоской поверхности которого выполнена выемка 33 для размещения упругого элемента 30, и установленного на основании 34 с помощью стоек 35 и регулировочных гаек 36 и 37.To preload the
Стенд снабжен регулятором 38 соотношения жидкой и газообразной составляющих в дополнительном гидроцилиндре 8 (фиг.6), представляющим собой, например, разъем, предназначенный для заливания слоя жидкости (масла) в подпоршневую полость 10.The stand is equipped with a
Гидроцилиндр 4 и дополнительный гидроцилиндр 8 соединены между собой гидромагистралью 39 (фиг.1 и 6). Для обеспечения изменения нагрузки на штампе в широких пределах гидроцилиндры 4 и 8 выполнены с соотношением рабочих сечений, отличающимся от единицы.The
Приводы 7 перемещения гидроцилиндров 4 выполнены в виде электродвигателей с установленными на них червячными редукторами 40 и выдвижными винтами 41, которые упираются в сферические опоры 42 гидроцилиндров 4 и закреплены винтами 43(фиг.6).The
Гидроцилиндры 4 связаны с приводами 7 перемещения через сферические опоры 42 с винтами 43, а со штампами 3 с помощью других винтов (не показаны) и соединительных гнезд 44. Это позволяет штампу поворачиваться при неравномерной деформации образца.
Приводы 7 вместе с редукторами 40, винтами 41, гидроцилиндрами 4 и штампами 3 могут располагаться по периметру корпуса 1, что позволит расширить круг решаемых задач.
Отверстие 45 служит для установки предохранительного сливного клапана (не показан). Когда перемещение поршня 5 становится критическим, этот предохранительный клапан срабатывает и предохраняет стенд от поломок и опасных ситуаций.
Стенд работает следующим образом.The stand works as follows.
Размещают образец 2 (грунты, породы, эквивалентные материалы) в корпусе 1 стенда (фиг.1). Включают приводы 7 и через редукторы 40 и винты 41 перемещают гидроцилиндры 4 с соответствующими штампами 3. При этом штампы 3 нагружают участки образца 2 плавно изменяющейся нагрузкой - плавно нарастающей или плавно уменьшающейся в зависимости от направления перемещения винтов 41. Эпюра распределения нагрузки по поверхности образца задается скоростью перемещения винтов.Place the sample 2 (soil, rocks, equivalent materials) in the
Для создания ударного импульса приводят в действие механизм 11 ударного нагружения (фиг.2), для чего поворачивают фиксатор 20 с рычагом 24 и выводят трещотку 23 из зацепления с косозубым колесом 22. Лебедка 17 освобождается, груз 15 наносит удар через сферическую пару 26 по поршню 9. В подпоршневых полостях 6 и 10 возникает импульс давления и поршень 5 создает импульсную пригрузку соответствующего штампа 3 и участка образца, взаимодействующего с этим штампом, Для создания следующего импульса вращают лебедку 17 с помощью регулятора 21 и рукоятки 25 и поднимают груз 15 в исходное положение. Трещотка 23 фиксирует груз в исходном положении, стенд готов к созданию следующего импульса.To create a shock pulse, the
Величина импульсов задается регулятором 21, обеспечивающим заданную высоту подъема груза. Место нанесения импульса на поверхности образца определяется выбором гидроцилиндра 4, с которым соединен дополнительный гидроцилиндр 8. В момент нанесения импульсов и между импульсами продолжается плавное изменение фоновой нагрузки. Сразу после создания импульса и до поднятия груза сохраняется давление в подпоршневых полостях, пропорциональное весу груза. Это давление мало по сравнению с давлением в момент удара и им можно пренебречь.The magnitude of the pulses is set by the
Для создания циклических нагрузок используют механизм 12 циклического нагружения (фиг.3), для чего на этот механизм устанавливают дополнительный гидроцилиндр 8 и соединяют его с соответствующим гидроцилиндром 4. С помощью привода 29 поворачивают эксцентрик 27 возвратно-вращательно в пределах заданного угла. Эксцентрик 27 циклически сжимает упругий элемент 30 и через поршень 9 создает циклически изменяющиеся давления в подпоршневых полостях 6 и 10. На соответствующем участке образца 2 создаются циклические нагрузки, накладывающиеся на плавно изменяющиеся фоновые нагрузки. Пределы изменения нагрузок в цикле регулируются жесткостью пружин упругого элемента 30 и величиной угла поворота эксцентрика 27: чем больше жесткость пружин и больше угол поворота эксцентрика, тем больше разница между максимальной и минимальной нагрузками цикла. Средний уровень нагрузки цикла регулируется приспособлением 31 поджатия пружин.To create cyclic loads, a
Для повышения среднего значения нагрузки циклов смещают регулировочные гайки 37 вниз (по чертежу) и с помощью гаек 36 предварительно поджимают пружину 30 на заданную величину, создавая тем самым заданное начальное давление в подпоршневых полостях 6, 10. Затем фиксируют гайками 36, 37 новое положение приспособления 31. Начальное давление в подпоршневых полостях повышает уровень плавно меняющейся нагрузки, и циклические нагрузки будут проходить при новом среднем уровне циклов. Циклические нагрузки могут вызывать быстро нарастающие деформации образца, но если упругий элемент 30 выполнен в виде пружины, то последняя значительно компенсирует «уход» образца из-под нагрузки. При использовании тарельчатых пружин жесткость упругого элемента меняется в широких пределах путем составления пружины из одиночных, спаренных, строенных и т.д. тарелок, при этом общая высота пакета изменяется незначительно.To increase the average value of the load of the cycles, the adjusting
Привод 29 поворота эксцентрика может быть выполнен в виде рычага, как показано на фиг.3, или любого механизированного привода вращения. При использовании рычага имеется возможность остановить циклическое изменение нагрузки на неопределенное время и на любом уровне в пределах цикла, для чего прекращают поворот рычага в нужном положении в пределах угла поворота. После возобновления поворотов эксцентрика 27 циклические нагрузки продолжаются. Выбор зоны нагружения на образце производится так же, как при ударных нагрузках.The eccentric rotation drive 29 can be made in the form of a lever, as shown in FIG. 3, or any mechanized rotation drive. When using the lever, it is possible to stop the cyclic change in load for an indefinite time and at any level within the cycle, for which they stop turning the lever in the desired position within the angle of rotation. After resuming turns of the eccentric 27, cyclic loads continue. The selection of the loading zone on the sample is carried out in the same way as under shock loads.
Для создания ступенчатых нагрузок используют механизм 11 ударного нагружения с размещенной на нем самотормозящейся клиновой парой 13, 14 (фиг.4 и фиг.5). Неподвижный клин 14 закрепляется на ударном устройстве, а подвижный клин 13 кинематически связывает груз 15 и поршень 9. Сбрасывают груз 15, как описано выше, и наносят удар по клину 13. Клин 13 перемещается относительно клина 14 и перемещает поршень 9, создавая тем самым ступенчатый прирост давления в подпоршневых полостях 6, 10 и соответствующее ступенчатое приращение нагрузки на выбранном участке образца. Самотормозящаяся клиновая пара обеспечивает неизменность положения клиньев и соответственно неизменность величины ступени повышения нагрузки независимо от положения груза. Груз может быть возвращен в исходное положение, как описано выше, и в любое время возможно создание следующей ступени нагрузки. Величина пригружения в каждой ступени определяется величиной смещения клина 13 и регулируется величиной подъема груза 15.To create step loads, a
Для регулировки параметров изменения прикладываемой нагрузки используют регулятор 38 (фиг.6), через который в подпоршневую полость 10 заливают слой жидкости (масла), а остальной объем заполняет газообразная составляющая (не показана). При перемещении поршня 9 во время создания ударной или циклической нагрузки сначала деформируется газообразная составляющая, затем жидкость. Газообразная составляющая имеет более высокую сжимаемость, чем жидкость, поэтому при одной и той же скорости движения поршня 9 давление в подпоршневой полости сначала нарастает медленно, затем быстро. Это позволяет менять интенсивность роста нагрузки при ударных или циклических нагружениях. При разгрузке в циклических испытаниях интенсивность снижения нагрузки имеет обратный характер: быстрый спад вначале разгрузки меняется на медленный во второй части разгрузки, когда восстанавливается объем газа. Параметры изменения интенсивности нагружения регулируют толщиной слоя жидкости в полости 10.To adjust the parameters of the change in the applied load, use the regulator 38 (Fig.6), through which a layer of liquid (oil) is poured into the
В представленном на фиг.6 варианте рабочее сечение дополнительного гидроцилиндра 8 меньше, чем гидроцилиндра 4. В этом случае связка гидроцилиндров работает как повышающий мультипликатор, т.е. усилие, полученное поршнем 9 от какого-либо механизма нагружения, возрастает на поршне 5 во столько раз, во сколько раз рабочее сечение гидроцилиндра 4 больше рабочего сечения гидроцилиндра 8. При обратном исполнении связки, когда сечение гидроцилиндра 8 больше, чем гидроцилинда 4, происходит кратное снижение нагрузки на поршне 5 по сравнению с поршнем 9.In the embodiment shown in FIG. 6, the working section of the additional
Когда перемещение поршня 5 становится критическим, срабатывает предохранительный сливной клапан (не показан), установленный в отверстии 45, что предохраняет стенд от поломок и делает работу на нем безопасной.When the movement of the
Таким образом, заявленное изобретение существенно расширяет функциональные возможности испытательной техники этого назначения благодаря тому, что с его помощью моделируются более сложные и более соответствующие реальным геомеханические процессы, в которых сложно меняются силовые условия работы элементов горного массива. Кроме того, использование предлагаемого стенда позволяет повысить достоверность получаемых данных за счет возможности проведения комплексных исследований образцов горных пород, испытывающих ударные, циклические и ступенчатые воздействия, накладывающиеся на плавно изменяющиеся нагрузки в произвольные моменты времени, с произвольным их чередованием, имеющие различную величину и интенсивность нарастания, и которые не могут быть исследованы только прямым физическим моделированием каждой из указанных нагрузок в отдельности.Thus, the claimed invention significantly expands the functionality of the testing equipment for this purpose due to the fact that with its help more complex and more relevant real geomechanical processes are simulated, in which the power conditions of the rock mass elements are difficult to change. In addition, the use of the proposed stand allows to increase the reliability of the obtained data due to the possibility of conducting comprehensive studies of rock samples experiencing shock, cyclic and step effects superimposed on smoothly varying loads at arbitrary points in time, with their alternation, with different magnitude and intensity of growth , and which cannot be investigated only by direct physical modeling of each of these loads separately.
Claims (11)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2008104889/28A RU2367923C1 (en) | 2008-02-13 | 2008-02-13 | Bench for physical modeling of geomechanical processes |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2008104889/28A RU2367923C1 (en) | 2008-02-13 | 2008-02-13 | Bench for physical modeling of geomechanical processes |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2367923C1 true RU2367923C1 (en) | 2009-09-20 |
Family
ID=41168028
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2008104889/28A RU2367923C1 (en) | 2008-02-13 | 2008-02-13 | Bench for physical modeling of geomechanical processes |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2367923C1 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2612198C1 (en) * | 2015-12-03 | 2017-03-03 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский горный университет" | Geomechanical processes physical modelling bench |
| US9606036B2 (en) | 2012-04-12 | 2017-03-28 | Total Sa | Method for determining geomechanical parameters of a rock sample |
| RU2695293C1 (en) * | 2017-03-16 | 2019-07-22 | Китайский Университет Горного Дела И Технологии | Method of determining physical similarity of imitated material of ore filling body |
-
2008
- 2008-02-13 RU RU2008104889/28A patent/RU2367923C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9606036B2 (en) | 2012-04-12 | 2017-03-28 | Total Sa | Method for determining geomechanical parameters of a rock sample |
| RU2612198C1 (en) * | 2015-12-03 | 2017-03-03 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский горный университет" | Geomechanical processes physical modelling bench |
| RU2695293C1 (en) * | 2017-03-16 | 2019-07-22 | Китайский Университет Горного Дела И Технологии | Method of determining physical similarity of imitated material of ore filling body |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10969314B2 (en) | Device and method for anchor bolt (cable) supporting structure test and anchoring system performance comprehensive experiment | |
| Sherif et al. | Earth pressures against rigid retaining walls | |
| Omidvar et al. | Stress-strain behavior of sand at high strain rates | |
| Gothäll et al. | Fracture dilation during grouting | |
| JP5926853B2 (en) | Dynamic performance test system | |
| RU2367923C1 (en) | Bench for physical modeling of geomechanical processes | |
| CN106770658B (en) | Shear wave propagation and joint dynamic shear experimental system based on plane fluctuation | |
| CN104089819A (en) | Test bed for testing axial load and axial deformation of anchor rod and test method for test bed | |
| Sales et al. | Load-settlement behaviour of model pile groups in sand under vertical load | |
| JP2004294235A (en) | Loading test method for ground anchor and testing apparatus therefor | |
| Wang et al. | Assessment of bearing capacity of axially loaded monopiles based on centrifuge tests | |
| CN114878355A (en) | Friction test device based on Hopkinson torsion bar | |
| Kongkitkul et al. | Modelling and simulation of rate-dependent stress-strain behaviour of granular materials in shear | |
| CN204008301U (en) | A kind of testing table of testing anchor pole axial load and axial deformation | |
| CN108593463A (en) | A kind of pile-soil interface shearing mechanics characteristic test device | |
| CN116718496A (en) | In-situ test device and test method for response characteristics of anchor rod support under action of dynamic and static loads | |
| Carrillo et al. | Degredation properties of reinforced concrete walls with openings | |
| CN113607917B (en) | Simple geomechanical model test device for realizing gradual stress loading and use method | |
| Zhang et al. | Numerical analysis of loess and weak intercalated layer failure behavior under direct shearing and cyclic loading | |
| CN114235573A (en) | Dynamic and static drawing test device and method for anchor rod or anchor cable | |
| Guo et al. | DEM study of the stress fields around the closed-ended displacement pile driven in sand | |
| Ha et al. | Dissipation pattern of excess pore pressure after liquefaction in saturated sand deposits | |
| Stewart | Experimental and computational methods for steel columns subjected to blast loading | |
| Cerfontaine et al. | Discrete element modelling of silent piling group installation for offshore wind turbine foundations | |
| Abdelrahman et al. | Rate effects on the stress-strain behaviour of EPS geofoam |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20170214 |