RU2625360C2 - Метод оценки напряженного состояния материалов - Google Patents
Метод оценки напряженного состояния материалов Download PDFInfo
- Publication number
- RU2625360C2 RU2625360C2 RU2015150189A RU2015150189A RU2625360C2 RU 2625360 C2 RU2625360 C2 RU 2625360C2 RU 2015150189 A RU2015150189 A RU 2015150189A RU 2015150189 A RU2015150189 A RU 2015150189A RU 2625360 C2 RU2625360 C2 RU 2625360C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- stress
- destruction
- stress state
- state
- roughness
- Prior art date
Links
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims abstract description 76
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 title description 2
- 230000006378 damage Effects 0.000 claims abstract description 21
- 238000012360 testing method Methods 0.000 claims abstract description 14
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 13
- 239000011435 rock Substances 0.000 claims abstract description 7
- 230000006835 compression Effects 0.000 claims abstract description 5
- 238000007906 compression Methods 0.000 claims abstract description 5
- 230000003746 surface roughness Effects 0.000 claims abstract description 5
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims abstract description 3
- 238000010276 construction Methods 0.000 claims description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 9
- 235000002639 sodium chloride Nutrition 0.000 description 9
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 description 9
- 238000013461 design Methods 0.000 description 4
- KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M Potassium hydroxide Chemical compound [OH-].[K+] KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 229940072033 potash Drugs 0.000 description 2
- BWHMMNNQKKPAPP-UHFFFAOYSA-L potassium carbonate Substances [K+].[K+].[O-]C([O-])=O BWHMMNNQKKPAPP-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- 235000015320 potassium carbonate Nutrition 0.000 description 2
- 244000309464 bull Species 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000011835 investigation Methods 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 239000003381 stabilizer Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21C—MINING OR QUARRYING
- E21C39/00—Devices for testing in situ the hardness or other properties of minerals, e.g. for giving information as to the selection of suitable mining tools
-
- 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
- G01N3/08—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress by applying steady tensile or compressive forces
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mining & Mineral Resources (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- Geology (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical 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
Изобретение относится к способу определения напряженного состояния материалов, например горных пород. Технический результат заключается в повышении точности оценки напряженного состояния материалов, из которых состоит сооружение, и, соответственно, повышении надежности его эксплуатации. Способ включает испытание образцов до разрушения, при этом осуществляют изготовление образцов из монолитов исследуемого материала, проводят испытание их на одноосное растяжение, сжатие и в условиях объемного напряженного состояния. По этим данным строят паспорт прочности с огибающей предельных кругов напряжений Мора. Производят измерение величины шероховатости поверхности Rz магистральной трещины для каждого вида напряженного состояния породы, по которым строят номограмму изменения шероховатости Rz поверхности магистральной трещины разрушения материалов в зависимости от величины главных нормальных напряжений σн в зоне трещины разрушения. Затем отбирают образец из зоны магистральной трещины разрушения исследуемого элемента конструкции сооружения и в нем измеряют величину шероховатости Rz1 поверхности магистральной трещины разрушения, по которой, используя полученную номограмму, определяют величины максимальных нормальных напряжений σн.p. Определяют точку предельного состояния исследуемого материала, для чего на оси ординат паспорта прочности материала откладывают значение максимального нормального напряжения, действующего в зоне разрушения материала σн.р, и из этой точки проводят перпендикуляр до огибающей кругов напряжений Мора. Используя точку предельного состояния исследуемого материала, строят круг напряжений Мора для исследуемого образца разрушенного элемента конструкции и по нему определяют значения главных нормальных напряжений σ2p и σ1p и вид напряженного состояния материала, при котором произошло разрушение элемента сооружения. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.
Description
Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано для определения напряженного состояния материалов, например горных пород.
При решении ряда геологических и инженерных задач необходимо знание напряженного состояния элементов сооружения. В практике достаточно часто встречаются случаи, когда проектные решения (расчетные модели) не обеспечивают в полной мере устойчивость инженерных объектов. Это приводит к аварийным ситуациям на них, поэтому необходима информация о реальных нагрузках (напряжениях), при которых произошло разрушение элементов сооружения.
Известен способ определения предела прочности материала, по которому нагружают образец испытуемого материала на заданной площади контакта до его разрушения и определяют предел прочности по формуле, при этом используют образец материала произвольной формы и произвольно ориентированный в пространстве, нагружают его постоянной осевой силой (Пат 2063015, МПК G01N 3/00, Способ определения предела прочности материала. - Заявка №5028107/28, заявл. 19.02.1992, опубл. 27.06.1996).
Этот способ не обеспечивает необходимую точность определения параметров напряженного состояния материалов для определения характера разрушения сооружения.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является способ определения напряженного состояния материала, заключающийся в том, что образцы исследуемого материала испытывают при различных схемах напряженного состояния, определяют значение параметра материала, соответствующее различным схемам напряженного состояния, и по значениям этого параметра, измеренного для материала, не подвергавшегося испытаниям, судят о его напряженном состоянии, при этом образцы материала испытывают до разрушения, а в качестве параметра выбирают величину шероховатости на поверхности разрушения (А.с. 1173244, СССР, МПК G01N 3/28; Способ определения напряженного состояния материала - Заявка №3668212, заявл. 25.11.83, опубл. 15.08.85, бюл. №30).
Этот способ также не обеспечивает точность, необходимую для экспертной оценки параметров разрушения материала.
Технический результат заключается в повышении надежности эксплуатации сооружений за счет выявления причин аварий на инженерных объектах и возможности осуществления корректировки расчетных моделей путем повышения точности оценки напряженного состояния материалов.
Указанный технический результат достигается тем, что в способе оценки напряженного состояния материалов, включающем испытание образцов исследуемого материала при различных схемах напряженного состояния, измерение значений величины шероховатости материала на поверхности разрушения, соответствующее различным схемам напряженного состояния, и по значениям величины шероховатости на поверхности разрушения, измеренной для материала, не подвергавшегося испытаниям, судят о его напряженном состоянии, при этом образцы материала испытывают до разрушения, при этом осуществляют изготовление образцов из монолитов исследуемого материала, проводят испытание их на одноосные растяжение, сжатие и в условиях объемного напряженного состояния, по этим данным строят паспорт прочности с огибающей предельных кругов напряжений Мора, после чего производят измерение величины шероховатости поверхности Rz магистральной трещины для каждого вида напряженного состояния породы, по которым строят номограмму изменения шероховатости Rz поверхности магистральной трещины разрушения материалов в зависимости от величины главных нормальных напряжений σн в зоне трещины разрушения, затем отбирают образец из зоны магистральной трещины разрушения исследуемого элемента конструкции сооружения и в нем измеряют величину шероховатости Rz1 поверхности магистральной трещины разрушения, по которой, используя полученную номограмму определяют величины максимальных нормальных напряжений σн.р, действующих в зоне разрушения материалов, а далее определяют точку предельного состояния исследуемого материала, для чего на оси ординат паспорта прочности материала, откладывают значение максимального нормального напряжения, действующего в зоне разрушения материала σн.р, и из этой точки проводят перпендикуляр до огибающей кругов напряжений Мора, после чего используя точку предельного состояния исследуемого материала строят круг напряжений Мора для исследуемого образца разрушенного элемента конструкции, и по нему определяют значения главных нормальных напряжений σ2р и σ1p, и вид напряженного состояния материала при котором произошло разрушение элемента сооружения.
Максимальные нормальные напряжения, действующие в зоне разрушения материалов для каждого вида напряженного состояния, определяют по паспорту прочности материала. Критические значения сцепления и угол внутреннего трения исследуемого материала, при котором произошло разрушение материала элемента сооружения, определяют по величине напряженного состояния материала, при котором произошло разрушение элемента сооружения.
Пример осуществления способа приводится для условий калийного месторождения.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 - схема паспорта прочности исследуемого материала; на фиг. 2 - схема паспорта прочности каменной соли; на фиг. 3 - таблица определения максимальных нормальных напряжений σн. после испытаний каменной соли; на фиг. 4 - номограмма изменения шероховатости Rz поверхности магистральной трещины разрушения.
На чертежах: 1 - точка предельного состояния исследуемого материала, как касательная к огибающей кругов Мора, 2 - определение максимальных напряжений σн; 3 - круг напряжений Мора, построенный по результатам исследований σн.р.
Способ осуществляется следующим образом.
При оптимизации, например, параметров разработки калийных месторождений, необходима информация о виде напряженного состояния целика, в котором он работает, а также предельные прочностные характеристики материала (каменной соли), при котором целик находится в устойчивом состоянии.
Из материала исследуемой конструкции сооружения изготавливаются образцы, которые подвергаются испытаниям для построения паспорта прочности материала, по которому определяют максимальные нормальные напряжения (σн), угол внутреннего трения пород (ϕ), сцепление (с), главные нормальные напряжения (σ1 и σ2) (Фиг. 1).
В конкретном примере образцы изготавливаются из монолитов каменной соли, которые затем испытываются на одноосное σр - растяжение, σс - сжатие и в условиях объемного напряженного состояния. Каменная соль исследуется при боковых давлениях (σ2=σ3=5-15 МПа) в стабилометре конструкции ВНИМИ. Проводятся три цикла испытаний: I цикл - при боковых давлениях 5 МПа, II цикл - при 10 МПа, III цикл - при 15 МПа.
По результатам исследований строится паспорт прочности материала, в конкретном случае - каменной соли (Фиг. 2). По паспорту прочности графически определяют максимальные нормальные напряжения, действующие в зоне разрушения материалов для каждого вида напряженного состояния, как касательные к огибающей кругов Мора 1, а именно: максимальные нормальные напряжения (σн) 2, угол внутреннего трения пород (ϕ), сцепление (с), главные нормальные напряжения (σ1 и σ2). На фиг 1 круг напряжений Мора, построенный по данным σн.р. обозначен 3.
После испытаний образцов (до их разрушения) измеряют величину шероховатости поверхности Rz (в миллиметрах) магистральной трещины для каждого вида напряженного состояния породы - одноосных сжатия и растяжения, объемного напряженного состояния. Результаты измерений Rz приведены в таблице (Фиг. 2).
Определение σн производится графически, как ордината к точке касания круга Мора и огибающей предельных кругов напряжений Мора. Так, например, при разрушении материала в объемном напряженном состоянии в третьем цикле σн=32 МПа (Фиг. 1). Результаты определений σн приведены в таблице.
Затем строят номограмму изменения шероховатости Rz поверхности магистральной трещины разрушения каменной соли в зависимости от величины главных нормальных напряжений σн в зоне трещины разрушения (Фиг. 3).
После этого отбирают образец материала каменной соли из зоны магистральной трещины разрушения исследуемого (разрушенного) элемента конструкции сооружения. В образце измеряют величину шероховатости Rz1 поверхности магистральной трещины разрушения, которая, например, составляет Rz1=1.20 мм.
По величине Rz1=1.20 мм, используя полученную номограмму (Фиг. 3), определяют максимальные нормальные напряжения, действующие в зоне разрушения материалов, например σн.р.=7 Мпа.
Далее определяют точку предельного состояния исследуемого материала, для чего на оси ординат (σн) паспорта прочности материала каменной соли, откладывают значение σн.р.=7 МПа, определяют точку касания с огибающей кругов напряжений Мора построением перпендикуляра из этой точки до огибающей кругов напряжений Мора. По полученному значению предельного состояния исследуемого материала (Т=12 МПа) строят круг напряжений Мора для исследуемого образца разрушенного элемента конструкции и определяют значения главных нормальных напряжений материала σ2р=1 МПа и σ1р=30 Мпа, при котором произошло разрушение элемента разрушенного сооружения. По данным напряженного состояния материала определяют значения прочности: сцепление (С) и угол внутреннего трения (ϕ), при котором произошло разрушение конструкции сооружения.
Использование предполагаемого изобретения позволяет повысить точность оценки напряженного состояния материалов, из которых состоит сооружение и соответственно повысить надежность его эксплуатации.
Claims (3)
- Способ оценки напряженного состояния материалов, включающий испытание образцов исследуемого материала при различных схемах напряженного состояния, измерение значений величины шероховатости материала на поверхности разрушения, соответствующее различным схемам напряженного состояния, и по значениям величины шероховатости на поверхности разрушения, измеренной для материала, не подвергавшегося испытаниям, судят о его напряженном состоянии, отличающийся тем, что при этом образцы материала испытывают до разрушения, при этом осуществляют изготовление образцов из монолитов исследуемого материала, проводят испытание их на одноосные растяжение, сжатие и в условиях объемного напряженного состояния, по этим данным строят паспорт прочности с огибающей предельных кругов напряжений Мора, после чего производят измерение величины шероховатости поверхности Rz магистральной трещины для каждого вида напряженного состояния породы, по которым строят номограмму изменения шероховатости Rz поверхности магистральной трещины разрушения материалов в зависимости от величины главных нормальных напряжений σн в зоне трещины разрушения, затем отбирают образец из зоны магистральной трещины разрушения исследуемого элемента конструкции сооружения и в нем измеряют величину шероховатости Rz1 поверхности магистральной трещины разрушения, по которой, используя полученную номограмму, определяют величины максимальных нормальных напряжений σн.р, действующих в зоне разрушения материалов, а далее определяют точку предельного состояния исследуемого материала, для чего на оси ординат паспорта прочности материала откладывают значение максимального нормального напряжения, действующего в зоне разрушения материала σн.р, и из этой точки проводят перпендикуляр до огибающей кругов напряжений Мора, после чего, используя точку предельного состояния исследуемого материала, строят круг напряжений Мора для исследуемого образца разрушенного элемента конструкции и по нему определяют значения главных нормальных напряжений σ2р и σ1p и вид напряженного состояния материала, при котором произошло разрушение элемента сооружения.
- 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что максимальные нормальные напряжения, действующие в зоне разрушения материалов для каждого вида напряженного состояния, определяют по паспорту прочности материала.
- 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что критические значения сцепления и угол внутреннего трения исследуемого материала, при котором произошло разрушение материала элемента сооружения, определяют по величине напряженного состояния материала, при котором произошло разрушение элемента сооружения.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015150189A RU2625360C2 (ru) | 2015-11-23 | 2015-11-23 | Метод оценки напряженного состояния материалов |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015150189A RU2625360C2 (ru) | 2015-11-23 | 2015-11-23 | Метод оценки напряженного состояния материалов |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2015150189A RU2015150189A (ru) | 2017-05-26 |
| RU2625360C2 true RU2625360C2 (ru) | 2017-07-13 |
Family
ID=58873971
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2015150189A RU2625360C2 (ru) | 2015-11-23 | 2015-11-23 | Метод оценки напряженного состояния материалов |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2625360C2 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2787307C1 (ru) * | 2022-01-14 | 2023-01-09 | Акционерное общество "Научно-исследовательский и конструкторско-технологический институт подвижного состава" (АО "ВНИКТИ") | Способ определения статической прочности сложнонапряженной детали вне зон воздействия на нее контактных сил (варианты) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114235241B (zh) * | 2021-11-30 | 2022-11-18 | 哈尔滨工业大学 | 基于莫尔圆应力原理的非线性超声应力检测方法及装置、复合材料平面应力检测方法 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1173244A1 (ru) * | 1983-11-25 | 1985-08-15 | Уральский филиал Всесоюзного научно-исследовательского и проектного института галургии | Способ определени напр женного состо ни материала |
| SU1213196A1 (ru) * | 1984-07-05 | 1986-02-23 | Восточный научно-исследовательский институт по безопасности работ в горной промышленности | Способ определени прочности горных пород |
| SU1298586A1 (ru) * | 1985-06-11 | 1987-03-23 | Коммунарский Горнометаллургический Институт | Способ испытани материалов |
| SU1756563A1 (ru) * | 1990-04-16 | 1992-08-23 | Институт горного дела им.А.А.Скочинского | Способ испытани кольцевых образцов и устройство дл его осуществлени |
| RU2063015C1 (ru) * | 1992-02-19 | 1996-06-27 | Александр Павлович Шульгин | Способ определения предела прочности материала |
| FR2898410B1 (fr) * | 2006-03-07 | 2008-05-09 | Airbus France Sas | Procede de caracterisation de la tenue en fatigue d'une piece a partir de son profil de surface |
-
2015
- 2015-11-23 RU RU2015150189A patent/RU2625360C2/ru active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1173244A1 (ru) * | 1983-11-25 | 1985-08-15 | Уральский филиал Всесоюзного научно-исследовательского и проектного института галургии | Способ определени напр женного состо ни материала |
| SU1213196A1 (ru) * | 1984-07-05 | 1986-02-23 | Восточный научно-исследовательский институт по безопасности работ в горной промышленности | Способ определени прочности горных пород |
| SU1298586A1 (ru) * | 1985-06-11 | 1987-03-23 | Коммунарский Горнометаллургический Институт | Способ испытани материалов |
| SU1756563A1 (ru) * | 1990-04-16 | 1992-08-23 | Институт горного дела им.А.А.Скочинского | Способ испытани кольцевых образцов и устройство дл его осуществлени |
| RU2063015C1 (ru) * | 1992-02-19 | 1996-06-27 | Александр Павлович Шульгин | Способ определения предела прочности материала |
| FR2898410B1 (fr) * | 2006-03-07 | 2008-05-09 | Airbus France Sas | Procede de caracterisation de la tenue en fatigue d'une piece a partir de son profil de surface |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2787307C1 (ru) * | 2022-01-14 | 2023-01-09 | Акционерное общество "Научно-исследовательский и конструкторско-технологический институт подвижного состава" (АО "ВНИКТИ") | Способ определения статической прочности сложнонапряженной детали вне зон воздействия на нее контактных сил (варианты) |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2015150189A (ru) | 2017-05-26 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Nazir et al. | Prediction of unconfined compressive strength of limestone rock samples using L-type Schmidt hammer | |
| CN107328643B (zh) | 静载荷下煤岩组合体试件中煤的力学特性试验方法 | |
| CN107300432B (zh) | 一种用于实现现场自适应索力测量的方法和装置 | |
| CN108760891A (zh) | 基于声发射衡量暂堵剂性能的装置与方法 | |
| CN104990793B (zh) | 火灾后木结构建筑的承载能力评估方法 | |
| Moshtaghin et al. | Experimental characterization of longitudinal mechanical properties of clear timber: Random spatial variability and size effects | |
| RU2625360C2 (ru) | Метод оценки напряженного состояния материалов | |
| Li | Asphalt mixture fatigue testing: Influence of test type and specimen size | |
| KR20150091635A (ko) | 암반의 취성 파괴 가능성 평가 방법 | |
| An et al. | Stochastic DLV method for steel truss structures: simulation and experiment | |
| EA201600420A1 (ru) | Способ испытантия и определения степени живучести железобетонной конструкции при сверхнормативном однократном динамическом воздействии | |
| Melzerová et al. | Variable local moduli of elasticity as inputs to FEM-based models of beams made from glued laminated timber | |
| RU2477459C1 (ru) | Способ испытания и определения степени живучести строительных конструкций | |
| Kaklis et al. | Experimental investigation of the mechanical properties of Alfas stone | |
| Melzerová et al. | Interpretation of results of penetration tests performed on timber structures in bending | |
| Kohm et al. | Beam tests for a wireless modal-based bridge monitoring system | |
| RU2619383C2 (ru) | Способ определения прочностных характеристик грунтов в режиме релаксации напряжений | |
| Wicaksana et al. | Strain rate effect on the crack initiation stress level under uniaxial compression | |
| Vásárhelyi et al. | Determining the failure envelope of the intact granitic rocks from Bátaapáti | |
| Helmer et al. | Experimental evaluation of the fracture toughness on a limestone | |
| Arifin et al. | Evaluating the contraction value of ferromagnetic material at early fatigue loading stage using magnetic flux leakage signature | |
| Beskopylny et al. | Diagnostics of steel structures with the dynamic non-destructive method | |
| Hrabová et al. | Using the ultrasonic method for the defectoscopy of failures in reinforced concrete columns | |
| RU2789252C1 (ru) | Способ определения горизонтальных напряжений в массиве горных пород | |
| Jana et al. | Optimal input location for modal identification |