RU2672192C1 - Device for determining physic-mechanical characteristics of construction materials - Google Patents
Device for determining physic-mechanical characteristics of construction materials Download PDFInfo
- Publication number
- RU2672192C1 RU2672192C1 RU2017146259A RU2017146259A RU2672192C1 RU 2672192 C1 RU2672192 C1 RU 2672192C1 RU 2017146259 A RU2017146259 A RU 2017146259A RU 2017146259 A RU2017146259 A RU 2017146259A RU 2672192 C1 RU2672192 C1 RU 2672192C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- sample
- frame
- optical access
- building material
- clamps
- Prior art date
Links
- 239000004035 construction material Substances 0.000 title abstract 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 claims abstract description 40
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims abstract description 39
- 239000004566 building material Substances 0.000 claims abstract description 20
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 20
- 239000000523 sample Substances 0.000 claims 4
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 14
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 6
- 239000000203 mixture Substances 0.000 abstract description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 4
- 208000007101 Muscle Cramp Diseases 0.000 abstract 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 18
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 11
- 230000008569 process Effects 0.000 description 10
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 5
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 4
- 230000008859 change Effects 0.000 description 3
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 3
- 238000011161 development Methods 0.000 description 3
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 3
- 239000004567 concrete Substances 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 2
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 2
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 2
- XCHHJFVNQPPLJK-UHFFFAOYSA-N 2-carboxyphenolate;1h-imidazol-1-ium Chemical compound C1=CNC=N1.OC(=O)C1=CC=CC=C1O XCHHJFVNQPPLJK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 1
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 1
- 244000309464 bull Species 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 230000001066 destructive effect Effects 0.000 description 1
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 1
- 230000036541 health Effects 0.000 description 1
- 238000005210 holographic interferometry Methods 0.000 description 1
- 238000001093 holography Methods 0.000 description 1
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 1
- 238000005305 interferometry Methods 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 239000002243 precursor Substances 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 1
- 230000002123 temporal effect Effects 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
- 238000000844 transformation Methods 0.000 description 1
- 238000012800 visualization Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
- G01B11/16—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring the deformation in a solid, e.g. optical strain gauge
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B21/00—Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant
- G01B21/02—Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant for measuring length, width, or thickness
-
- 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
- G01N3/02—Details
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General 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)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)
Abstract
Description
«Область техники, к которой относится изобретение»"The technical field to which the invention relates"
Изобретение относится к области лабораторных испытаний образцов строительных материалов и может применяться в испытательных лабораториях и на предприятиях, связанных с их разработкой и производством.The invention relates to the field of laboratory testing of samples of building materials and can be used in testing laboratories and in enterprises associated with their development and production.
«Уровень техники»"Prior art"
Важнейшими характеристиками механических свойств строительных материалов являются прочность, модуль упругости и коэффициент Пуассона, модули деформаций, коэффициент поперечных деформаций, параметрические точкиThe most important characteristics of the mechanical properties of building materials are strength, elastic modulus and Poisson's ratio, deformation moduli, lateral deformation coefficient, parametric points
микротрещинообразования, предельная растяжимость, зависимость относительных деформаций от уровня напряжений, а также взаимосвязь этих величин со структурными изменениями в испытуемом образце, что важно для создания материалов с необходимым комплексом физико-технических свойств.microcracking, ultimate tensile, the dependence of relative deformations on the level of stresses, as well as the relationship of these quantities with structural changes in the test sample, which is important for creating materials with the necessary complex of physico-technical properties.
Известно устройство для определения коэффициента Пуассона, содержащее генератор, аттенюатор и пьезопреобразователь в виде электроизолированных пьезопластин, на противоположных гранях каждой из которых размещена пара электродов, подключенных к генератору через аттенюатор, (см., например, а.с.Устройство для измерения коэффициента Пуассона материала а.с. SU 1158928 A G01И 33/.38; С01N 29/00 Ю.И. Мустафин, В.А. Селезень, Е.А. Диденко и 3.3. Муслимов; заявитель и патентообладатель Днепропетровский инженерно-строительный институт.- 3706362/29-33; заявл. 27.02.1984; опубл. 30.05.85. Бюл. №20 - 3 с.).A device for determining the Poisson's ratio is known, which contains a generator, an attenuator and a piezoelectric transducer in the form of electrically insulated piezoelectric plates, on the opposite faces of each of which there is a pair of electrodes connected to the generator through an attenuator (see, for example, a.a. Device for measuring the Poisson's ratio of a material A.S. SU 1158928 A G01I 33 / .38; С01N 29/00 Yu.I. Mustafin, V. A. Selezen, E. A. Didenko and 3.3. Muslimov; applicant and patent holder Dnepropetrovsk Civil Engineering Institute.- 3706362 / 29-33; claimed 02.27.1984; publ. 30 .05.85. Bull. No. 20 - 3 pp.).
Устройство обеспечивает измерения коэффициента Пуассона с высокой точностью за счет возбуждения колебаний в образце и регистрации деформационного отклика образца в различных направлениях с применением пьезопреобразователей.The device provides measurements of the Poisson coefficient with high accuracy due to the excitation of vibrations in the sample and registration of the deformation response of the sample in various directions using piezoelectric transducers.
Недостатками указанного устройства являются необходимость обеспечения равномерного механического контакта пьезопреобразователей с исследуемым образцом, что сложно реализовать при испытании строительных материалов с пористой структурой или, например, бетонов с заполнителем, существенно отличающимся по механическим характеристикам от связующего. Кроме того, данное устройство не позволяет измерять прочность, модуль упругости, модули деформаций, коэффициент поперечных деформаций, параметрические точки микротрещинообразования, предельную растяжимость, зависимость относительных деформаций от уровня напряжений, а также взаимосвязь этих величин со структурными изменениями в испытуемом образце.The disadvantages of this device are the need to ensure uniform mechanical contact of the piezoelectric transducers with the test sample, which is difficult to implement when testing building materials with a porous structure or, for example, concrete with a filler that differs significantly from the binder in mechanical characteristics. In addition, this device does not allow measuring strength, elastic modulus, deformation moduli, lateral deformation coefficient, parametric points of microcrack formation, ultimate tensile strength, dependence of relative deformations on stress level, as well as the relationship of these values with structural changes in the test sample.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому решению является устройство для определения призменной прочности, модуля упругости и коэффициента Пуассона образцов из бетона, содержащее датчики деформации образца (тензометры или индикаторы), скобы, рамки, струбцины, опорные вставки и нагружающие устройства (прессы или испытательные машины), (см., например, ГОСТ 24452-80). В устройстве реализуется метод синхронных измерений по нескольким датчикам, что обеспечивает возможность контроля формоизменения объекта исследования в процессе его испытания. Недостатками указанного устройства является то, что проведение измерений с использованием указанного устройства требует длительной и тщательной подготовки испытуемого образца и оснастки перед проведением измерений. Крепление элементов устройства к образцу выполняется с применением струбцин и клеев, что может приводить к существенным ошибкам из-за сложности обеспечения равномерной адгезии и трудности реализации заданного усилия крепления струбцин, особенно на пористых образцах низкой прочности, когда струбцины сдерживают поперечные деформации образца, что искажает результаты измерений. Кроме того, результаты измерений прекращаются за 15-20% от разрушающей нагрузки, так как измерительные приборы снимаются с образца. Из-за этого невозможно установить значения коэффициента поперечных деформаций, параметрических точек микротрещинообразования, величину предельной растяжимости, а также зависимость относительных деформаций от уровня напряжений на всем диапазоне нагружения с построением ниспадающей ветви на диаграммах «усилие - перемещение» или «напряжения - относительные деформации» образца. При этом используемая система измерений не позволяет получить достоверную информацию о формоизменении образца в процессе нагружения, так как поперечные деформации измеряют в центральной части, а не по всей базе измерения продольных деформаций. А так же, в процессе проведения измерений отсутствует информация о структурных преобразованиях в образце в процессе изменения его напряженно-деформированного состояния, что не позволяет установить зависимость изучаемых свойств со структурными изменениями испытуемого материала.The closest in technical essence to the claimed solution is a device for determining the prism strength, elastic modulus and Poisson's ratio of concrete samples containing strain gauges of the sample (tensometers or indicators), brackets, frames, clamps, support inserts and loading devices (presses or testing machines ), (see, for example, GOST 24452-80). The device implements the method of synchronous measurements by several sensors, which provides the ability to control the shape change of the object of study in the process of testing it. The disadvantages of this device is that the measurement using the specified device requires a long and thorough preparation of the test sample and equipment before taking measurements. The fastening of the device elements to the sample is carried out using clamps and adhesives, which can lead to significant errors due to the difficulty of ensuring uniform adhesion and the difficulty of realizing the given clamp fastening force, especially on porous samples of low strength, when the clamps contain lateral deformations of the sample, which distorts the results measurements. In addition, the measurement results cease for 15-20% of the breaking load, since the measuring instruments are removed from the sample. Because of this, it is impossible to establish the values of the coefficient of transverse strains, parametric points of microcracking, the ultimate tensile strength, and also the dependence of the relative strains on the stress level over the entire loading range with the construction of a falling branch on the diagrams "force - displacement" or "stress - relative deformation" of the sample . Moreover, the measurement system used does not allow obtaining reliable information about the shape change of the specimen during loading, since the transverse strains are measured in the central part, and not over the entire longitudinal strain measurement base. And also, during the measurement process, there is no information about the structural transformations in the sample in the process of changing its stress-strain state, which does not allow us to establish the dependence of the studied properties with the structural changes of the test material.
«Раскрытие изобретения» Техническим результатом заявляемого изобретения является возможность проверять применение традиционных средств измерения механических свойств материалов, анализировать влияние химического и вещественного состава строительных материалов на структурные изменения в испытуемом образце в процессе его нагружения, тем самым создавая предпосылки для совершенствования как самих строительных материалов, так и изделий, зданий и сооружений, реализуемых с их применением."Disclosure of the invention" The technical result of the claimed invention is the ability to verify the use of traditional means of measuring the mechanical properties of materials, to analyze the influence of the chemical and material composition of building materials on structural changes in the test sample during its loading, thereby creating the prerequisites for improving both the building materials themselves and and products, buildings and structures sold with their use.
Технический результат изобретения достигается тем, что предлагаемое устройство обеспечивает регистрацию продольных и поперечных деформаций испытуемого образца одновременно с синхронной регистрацией полей перемещений четырех боковых граней образца по всей их поверхности, позволяющее фиксировать структурные изменения в материале в процессе нагружения.The technical result of the invention is achieved by the fact that the proposed device provides registration of longitudinal and transverse deformations of the test sample simultaneously with synchronous registration of the displacement fields of the four lateral faces of the sample over their entire surface, which allows recording structural changes in the material during loading.
Сущность изобретения состоит в том, что рамка выполнена в виде жесткого короба с окнами для оптического доступа к контролируемым поверхностям испытуемого образца. Выполнение рамки в виде жесткого короба позволяет сформировать систему взаимно неподвижных базовых поверхностей, охватывающих объект исследования (образец). Базовые поверхности, неподвижные относительно друг друга, позволяют увязать воедино данные о перемещении, получаемые разными способами. Наличие окон в жесткой рамке (коробе) для оптического доступа к контролируемым поверхностям позволяет применить высокоточные оптические методы контроля полей перемещений.The essence of the invention lies in the fact that the frame is made in the form of a rigid box with windows for optical access to the controlled surfaces of the test sample. The implementation of the frame in the form of a rigid box allows you to create a system of mutually fixed base surfaces covering the object of study (sample). The base surfaces, fixed relative to each other, allow you to link together the data on the movement obtained in different ways. The presence of windows in a rigid frame (box) for optical access to controlled surfaces allows the use of high-precision optical methods for controlling movement fields.
Установка датчиков линейных перемещений на струбцинах, жестко связанных со стенками рамки, обеспечивает возможность регистрации абсолютных перемещений точек каждой из контролируемых поверхностей в единой системе координат, не зависящей от общего смещения рамки, например, под влиянием внешних механических воздействий, вибраций и т.п.The installation of linear displacement sensors on clamps rigidly connected to the walls of the frame makes it possible to register absolute displacements of the points of each of the controlled surfaces in a single coordinate system independent of the general displacement of the frame, for example, under the influence of external mechanical influences, vibrations, etc.
Крепление корпусов датчиков так, чтобы минимально перекрывался оптический доступ к контролируемым поверхностям позволяет получить поля перемещений по всей исследуемой поверхности каждой из граней образца, что обеспечивает полноту и неразрывность данных по полю перемещений.Mounting the sensor housings in such a way that the optical access to the controlled surfaces is minimally blocked allows one to obtain displacement fields along the entire investigated surface of each of the faces of the sample, which ensures the completeness and continuity of data on the displacement field.
Размещение подвижных элементов датчиков так, чтобы обеспечивался точечный контакт вблизи середины боковых ребер исследуемой поверхности, позволяет получить абсолютное значение перемещения в одной из точек исследуемой поверхности с минимальным влиянием краевых условий, формируемых элементами пресса при сжатии образца, а так же обеспечить связь показаний датчика с полем перемещений, полученным с применением оптических методов, например, лазерной голографической интерферометрии.Placing the moving elements of the sensors in such a way that a point contact is provided near the middle of the lateral edges of the surface under study allows us to obtain the absolute value of displacement at one of the points of the surface under study with minimal influence of the boundary conditions formed by the press elements during compression of the sample, as well as to ensure the connection of the sensor readings with the field displacements obtained using optical methods, for example, laser holographic interferometry.
Жесткое закрепление зеркал обзора боковых поверхностей образца к внутренним стенкам рамки, позволяет обеспечить взаимную неподвижность оптических элементов и датчиков, что минимизирует погрешности при объединении данных о полях перемещений, полученных разными методами. Кроме того, зеркала позволяют одновременно зарегистрировать на одном изображении поля перемещений двух граней испытуемого образца, что обеспечивает неразрывность данных о перемещении соседних граней, а это значительно упрощает анализ деформирования всего образца. При этом сокращается количество необходимых оптических элементов измерительной системы, уменьшается площадь, необходимая для размещения установки, сокращается время на последовательную обработку фотоматериалов. Применение зеркал для многоракурсной регистрации голографических интерферограмм известно (см., например, Белозеров А.Ф., Черных В.Т. О получении голографических интерферограмм под разными углами при диффузном освещении пространственного фазового объекта. - Сб.: «Оптическая голография» под ред. Ю.Н. Денисюка. - Л.: Изд. Ленинградского дома научно-технической пропаганды, 1972. - с. 66-72), но в устройствах для определения физико-механических характеристик строительных материалов применение зеркал для многоракурсной регистрации полей перемещений не известно. Исходя из требования о соблюдении единства прототипа, этот признак не может быть исключен, ибо он придает существенное отличие в достижении технического результата по сравнению с прототипом.Rigid fastening of the viewing mirrors of the side surfaces of the sample to the inner walls of the frame allows the mutual immobility of optical elements and sensors, which minimizes errors when combining data on the fields of displacements obtained by different methods. In addition, the mirrors make it possible to simultaneously register on the same image the displacement fields of two faces of the test sample, which ensures the continuity of data on the displacement of neighboring faces, and this greatly simplifies the analysis of the deformation of the entire sample. At the same time, the number of necessary optical elements of the measuring system is reduced, the area required to accommodate the installation is reduced, and the time for sequential processing of photographic materials is reduced. The use of mirrors for multi-angle recording of holographic interferograms is known (see, for example, Belozerov AF, Chernykh VT On obtaining holographic interferograms at different angles under diffuse illumination of a spatial phase object. - Sat: “Optical holography”, ed. Yu.N. Denisyuk. - L .: Publishing House of the Leningrad House of Scientific and Technical Propaganda, 1972. - pp. 66-72), but in devices for determining the physicomechanical characteristics of building materials, the use of mirrors for multi-angle registration of displacement fields e known. Based on the requirement to observe the unity of the prototype, this feature cannot be excluded, because it gives a significant difference in achieving a technical result in comparison with the prototype.
Установка на стенках рамки струбцин для крепления фотопластин позволяет устранить взаимное смещение фотопластин, зеркал и образца в процессе экспонирования. Это предотвращает появление нежелательных смещений, возникающих из-за внешних случайных воздействий, например, ударов и вибраций. Кроме того, такое конструктивное решение позволяет проводить, например, лазерно-интерференционные измерения полей перемещений без использования специальной виброзащищенной платформы. В этом случае в качестве нагружающего устройства может использоваться обычный пресс. При этом лазер и оптические элементы для формирования коллимированных световых потоков могут быть размещены вне пресса, что существенно упрощает компоновку измерительной системы.The installation of clamps on the walls of the frame for mounting photographic plates eliminates the mutual displacement of photographic plates, mirrors, and the sample during exposure. This prevents the occurrence of unwanted displacements arising from external accidental influences, such as shock and vibration. In addition, such a constructive solution allows, for example, laser-interference measurements of displacement fields without using a special vibration-proof platform. In this case, a conventional press can be used as a loading device. In this case, the laser and optical elements for the formation of collimated light fluxes can be placed outside the press, which greatly simplifies the layout of the measuring system.
«Краткое описание чертежей»"Brief Description of the Drawings"
Предлагаемое изобретение иллюстрируется чертежами: на рисунке 1, для примера, показана его схема, а на рис. 2 - вид с разрезом по сечению А-А.The invention is illustrated by drawings: in figure 1, for example, shows its diagram, and in fig. 2 is a sectional view along section AA.
«Осуществление изобретения»"Implementation of the invention"
Устройство (как показано на рис. 1 и рис. 2.) состоит из рамки 1, выполненной в виде короба с окнами для оптического доступа к образцу. Рамка составляет единое целое с днищем 2. На рамке 1 жестко закреплены струбцины 3 и 4, удерживающие датчики линейных перемещений 5 и 6. Аналогично в струбцинах закреплены и датчики 7 и 8 для контроля поперечного перемещения двух других граней. Подвижный элемент каждого из датчиков имеет точечный контакт с одной из боковых граней образца 9 и тем самым обеспечивается возможность измерения перемещений каждой из граней образца в одной точке, по нормали к исследуемой поверхности. Для исключения влияния на результат измерений контактных аномалий, возникающих при деформировании образца, точки контакта подвижного элемента датчика с образцом расположены вблизи средины вертикального ребра образца. Внутри рамки 1 на днище 2 нанесена маркировка для установки и позиционирования образца 9. Испытуемый образец установлен так, чтобы его грани были параллельны стенкам рамки 1. На кронштейнах 10 и 11, жестко связанных со стенками рамки 1 и днищем 2, закреплены зеркала 12 и 13 с наружным отражающим покрытием. Струбцины 14 и 15 также закреплены на стенках рамки 1 и предназначены для крепления фотопластин 16 и 17, которые используются для записиголографических интерферограмм, например, по схеме Ю.Н. Денисюка.The device (as shown in Fig. 1 and Fig. 2.) consists of
Тестовое воздействие на образец осуществляется нагружающей плитой 18. В процессе испытаний устройство размещают на нижней плите 19 испытательного пресса.The test effect on the sample is carried out by the
Заявляемое устройство функционирует следующим образом.The inventive device operates as follows.
Перед началом испытаний устанавливают устройство на нижнюю плиту 19 испытательного пресса. Образец 9 размещают на маркированную площадку для позиционирования, нанесенную на плите днища 2. Испытуемый образец ориентируют так, чтобы его грани были параллельны стенкам рамки 1. Вводят в контакт с верхней гранью образца 9 верхнюю нагружающую плиту 18 испытательного пресса. Производят трехкратную опрессовку образца усилием, не превышающим 1,5-2,0% от предполагаемого усилия разрушения. Окончательно позиционируют образец 9 и нагружают минимальным усилием, но достаточным для предотвращения случайного смещения образца 9 при настройке датчиков перемещения 5, 6, 7 и 8. При помощи струбцин, устанавливают указанные датчики линейного перемещения так, чтобы их подвижные элементы находились в средине рабочего хода, а точечный контакт с поверхностью исследуемого образца находился на небольшом расстоянии, например, 3-5 мм от средины вертикального ребра каждой боковой грани образца. Используя лазер с достаточной мощностью, временной и пространственной когерентностью, формируют коллимированные световые потоки, проходящие через окна оптического доступа в рамке 1. Световые потоки юстируют так, чтобы лучи, освещающие поверхности исследуемого образца 9, непосредственно и через зеркала 12 и 13 падали по нормали к контролируемой поверхности. Этим обеспечивается максимальная чувствительность измерительной системы к перемещениям в направлении нормали к исследуемой поверхности.Before testing, install the device on the
В процессе проведения испытаний включают устройство регистрации сигналов, поступающих от датчиков перемещения, оптического затвора и от датчика тестирующего усилия, действующего на образец. Включают лазер и перекрывают его излучение оптическим затвором. Переводят помещение для испытаний в режим неактиничного освещения и в струбцины 14, 15 устанавливают прозрачные фотопластинки 16, 17 для голографической записи. Открывают оптический затвор и выполняют первое экспонирование фотопластин. Время экспонирования зависит от отражающих свойств образца, мощности излучения, чувствительности фотопластин и определяется экспериментально. После этого нагрузку на образец увеличивают на 5-10% от уровня разрушающего усилия и проводят второе экспонирование фотопластин, реализуя, тем самым, метод получения голографических интерферограмм двойной экспозиции. Отснятые фотопластинки извлекают из струбцин 14 и 15 и отправляют на химическую обработку, а на их место в струбцины устанавливаю новые фотопластины. Процесс регистрации интерферограмм двойной экспозиции многократно повторяют, поэтапно увеличивая нагрузку на образец. Испытания проводят до полного разрушения образца.In the process of testing include a device for recording signals from displacement sensors, an optical shutter and from the sensor of the test force acting on the sample. Turn on the laser and block its radiation with an optical shutter. The test room is transferred to non-actinic lighting mode and transparent
По голографическим интерферограммам восстанавливают поля нормальных перемещений каждой из боковых граней образца, используя известные методики. При этом, для упрощения определения абсолютных значений полей перемещений, используют данные, полученные с помощью соответствующих датчиков линейного перемещения, регистрирующих значения перемещений в точке на каждой грани. Поскольку точка контакта чувствительного элемента датчика присутствует на интерферограмме, то объединение данных датчика и интерферограммы не представляет труда.Using holographic interferograms, the fields of normal displacements of each of the lateral faces of the sample are restored using known techniques. In this case, to simplify the determination of the absolute values of the displacement fields, use the data obtained using the corresponding linear displacement sensors that record the displacement values at a point on each face. Since the contact point of the sensor element of the sensor is present on the interferogram, combining the sensor data and the interferogram is not difficult.
По полям перемещений боковых граней и данным датчика осевого перемещения вычисляют изменение объема образца в процессе его нагружения. Используя эти данные, определяют коэффициенты Пуассона и поперечных деформаций, параметрические точки микротрещинообразования. Кроме того, эти параметры могут быть определены и традиционным способом - по соотношению относительных продольных и поперечных деформаций. Это позволяет оценить уровень достоверности результатов традиционных методов и установить допустимые области их применения.Using the displacement fields of the side faces and the data of the axial displacement transducer, the change in the volume of the sample during its loading is calculated. Using these data, Poisson's and transverse strains, parametric points of microcrack formation are determined. In addition, these parameters can be determined in the traditional way - by the ratio of relative longitudinal and transverse deformations. This allows you to assess the level of reliability of the results of traditional methods and establish acceptable areas of their application.
Предел прочности материала при сжатии, модули упругости и деформаций, предельную растяжимость определяют, например, по графику «усилие - осевое перемещение», что является тривиальной задачей. Построение графика выполняют по данным датчика осевого перемещения и датчика усилия, установленного на нагружающем устройстве (прессе).The compressive strength of the material, the moduli of elasticity and deformation, and the ultimate tensile strength are determined, for example, according to the “force – axial displacement” schedule, which is a trivial task. The plotting is performed according to the axial displacement sensor and the force sensor installed on the loading device (press).
Характер процесса разрушения испытуемого образца определяют по серии интерферограмм, полученным в процессе испытаний. При этом для повышения достоверности трактовки результатов, моменты регистрации интерферограмм сопоставляют с графиком «усилие - осевое перемещение". На интерферограммах отмечают зоны формирования высокоградиентных деформаций, являющиеся предвестниками трещин, места появления и развития трещин, участки формирования блоков, зоны выклинивания, очаги пластических деформаций, проворот структурных элементов образца и другие особенности деструкции исследуемого образца в процессе нагружения. Фиксируемые структурные изменения увязывают с зависимостью относительных деформаций от уровня напряжений и такими измеряемыми параметрами, как коэффициенты Пуассона и поперечных деформаций, параметрические точки микротрещинообразования, которые могут быть использованы для оценки работоспособности материала и/или модификации его структурного, либо химического состава.The nature of the process of destruction of the test sample is determined by a series of interferograms obtained during the test. At the same time, to increase the reliability of the interpretation of the results, the moments of registration of interferograms are compared with the “force – axial displacement” graph. On the interferograms, zones of formation of high gradient deformations, which are precursors of cracks, places of occurrence and development of cracks, areas of formation of blocks, wedging zones, foci of plastic deformations, the rotation of the structural elements of the sample and other features of the destruction of the test sample during loading. Fixed structural changes link with the dependence of relative deformations on the level of stresses and such measured parameters as Poisson's ratios and transverse strains, parametric points of microcracking, which can be used to assess the health of the material and / or modify its structural or chemical composition.
Для исследования испытуемых образцов, характеризующихся существенной неоднородностью локальных деформационных характеристик, устройство содержит три датчика контроля осевого перемещения нагружающей плиты испытательного пресса. Датчики установлены по вершинам равностороннего треугольника, вписанного в контур нагружающей плиты. Показания этих датчиков используют, например, в реальном времени, для оценки смещения геометрической и физической осей симметрии образца. С помощью простейшей программы визуализации данных процесс перекоса нагружающей плиты можно наблюдать на экране компьютера.To study the test samples, characterized by a significant heterogeneity of the local deformation characteristics, the device contains three sensors for monitoring the axial movement of the loading plate of the test press. The sensors are mounted on the vertices of an equilateral triangle inscribed in the contour of the loading plate. The readings of these sensors are used, for example, in real time, to estimate the displacement of the geometric and physical axes of symmetry of the sample. Using a simple data visualization program, the skew of the loading plate can be observed on a computer screen.
Если на начальном этапе нагружения величина взаимного смещения осей превышает 5-10% длины поперечного ребра испытуемого образца, нагрузку снимают и перемещают устройство так, чтобы обеспечивалось совпадение осей в заданных пределах.If at the initial stage of loading the magnitude of the mutual displacement of the axes exceeds 5-10% of the length of the transverse rib of the test sample, the load is removed and the device is moved so that the axes coincide within the specified limits.
Практическая реализация устройства не вызывает сложностей, поскольку на современном уровне развития техники могут быть изготовлены все элементы устройства. Более того, если нагружающее устройство может быть размещено на виброзащищенной платформе, то для регистрации полей перемещений целесообразно использовать, например, методы электронной корреляционной спекл-интерферометрии, позволяющие контролировать процесс в ходе выполнения эксперимента, наблюдая, например, полосы корреляции на экране монитора.The practical implementation of the device does not cause difficulties, since at the current level of technological development all elements of the device can be manufactured. Moreover, if the loading device can be placed on a vibration-protected platform, it is advisable to use, for example, electronic correlation speckle interferometry methods to record the motion fields, which allow controlling the process during the experiment by observing, for example, correlation bands on the monitor screen.
Использование устройства позволяет определить основные физико-механические характеристики строительных материалов, уточнять значения коэффициентов Пуассона и поперечных деформаций, модулей упругости и деформаций, а также параметрических точек микротрещинообразования для образцов из сложноструктурированных материалов, проверять возможность и области применения традиционных средств измерения механических свойств материалов, анализировать влияние химического и вещественного состава строительных материалов на структурные изменения в образце в процессе его нагружения, тем самым создавая предпосылки для совершенствования как самих строительных материалов, так и изделий, зданий и сооружений, реализуемых с их применением.Using the device allows you to determine the basic physico-mechanical characteristics of building materials, to clarify the values of Poisson's ratios and transverse strains, elastic moduli and strains, as well as parametric points of microcracking for samples of complex structural materials, to check the possibility and application of traditional means of measuring the mechanical properties of materials, to analyze the effect chemical and material composition of building materials on structural changes Nia in the sample in the process of loading, thus creating the prerequisites for improving both the building materials and products, buildings and structures implemented with their application.
Устройство может быть эффективно применено в испытательных лабораториях для отработки и оптимизации составов строительных материалов, а так же технологических параметров их изготовления.The device can be effectively used in testing laboratories for testing and optimizing the composition of building materials, as well as the technological parameters of their manufacture.
Возможность определения изменения полей перемещений граней образца, изменения его объема дифференцировано по каждой грани, визуализация процесса деструкции образца в процессе испытаний, позволяют применить устройство не только для строительных материалов, но и для конструкционных материалов, преимущественно композиционных.The ability to determine changes in the fields of displacements of the faces of the sample, changes in its volume is differentiated for each face, visualization of the process of destruction of the sample during the test, allow the device to be used not only for building materials, but also for structural materials, mainly composite.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017146259A RU2672192C1 (en) | 2017-12-27 | 2017-12-27 | Device for determining physic-mechanical characteristics of construction materials |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017146259A RU2672192C1 (en) | 2017-12-27 | 2017-12-27 | Device for determining physic-mechanical characteristics of construction materials |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2672192C1 true RU2672192C1 (en) | 2018-11-12 |
Family
ID=64327802
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2017146259A RU2672192C1 (en) | 2017-12-27 | 2017-12-27 | Device for determining physic-mechanical characteristics of construction materials |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2672192C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2710953C1 (en) * | 2019-07-05 | 2020-01-14 | Валерий Иванович Кондращенко | Device for determining physical and mechanical characteristics of construction materials |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4033181A (en) * | 1974-06-15 | 1977-07-05 | Metzeler Gummitechnik Gmbh | Method for destructionless proofing of viscoelastic products |
| SU1448276A1 (en) * | 1987-01-05 | 1988-12-30 | Предприятие П/Я А-7701 | Method and installation for investigating interaction of propelling gear with soil |
| RU2406070C1 (en) * | 2009-03-10 | 2010-12-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Новосибирский государственный технический университет" | Holographic interferometre for measusuring deformations of flat surface of solid-state electronics elements |
| RU2487351C1 (en) * | 2012-06-06 | 2013-07-10 | Валерий Иванович Кондращенко | Method to determine water impermeability of cement materials |
| RU2558824C1 (en) * | 2014-04-28 | 2015-08-10 | Валерий Иванович Кондращенко | Method to detect water impermeability of building materials |
-
2017
- 2017-12-27 RU RU2017146259A patent/RU2672192C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4033181A (en) * | 1974-06-15 | 1977-07-05 | Metzeler Gummitechnik Gmbh | Method for destructionless proofing of viscoelastic products |
| SU1448276A1 (en) * | 1987-01-05 | 1988-12-30 | Предприятие П/Я А-7701 | Method and installation for investigating interaction of propelling gear with soil |
| RU2406070C1 (en) * | 2009-03-10 | 2010-12-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Новосибирский государственный технический университет" | Holographic interferometre for measusuring deformations of flat surface of solid-state electronics elements |
| RU2487351C1 (en) * | 2012-06-06 | 2013-07-10 | Валерий Иванович Кондращенко | Method to determine water impermeability of cement materials |
| RU2558824C1 (en) * | 2014-04-28 | 2015-08-10 | Валерий Иванович Кондращенко | Method to detect water impermeability of building materials |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2710953C1 (en) * | 2019-07-05 | 2020-01-14 | Валерий Иванович Кондращенко | Device for determining physical and mechanical characteristics of construction materials |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Shah et al. | Fracture properties of concrete–concrete interfaces using digital image correlation | |
| Scalerandi et al. | Conditioning and elastic nonlinearity in concrete: Separation of damping and phase contributions | |
| Meoni et al. | Strain field reconstruction and damage identification in masonry walls under in-plane loading using dense sensor networks of smart bricks: Experiments and simulations | |
| RU2667316C1 (en) | Method for determination of stress intensity factors for cracks | |
| Bolhassani et al. | Failure analysis and damage detection of partially grouted masonry walls by enhancing deformation measurement using DIC | |
| RU2672192C1 (en) | Device for determining physic-mechanical characteristics of construction materials | |
| Bolhassani et al. | Damage detection of concrete masonry structures by enhancing deformation measurement using DIC | |
| Hüsken et al. | The load-bearing behaviour of a reinforced concrete beam investigated by optical measuring techniques | |
| Alshaya | A developed hybrid experimental–analytical method for thermal stress analysis of a deep U-notched plate | |
| Binda et al. | Electronic speckle interferometry for the deformation measurement in masonry testing | |
| RU2710953C1 (en) | Device for determining physical and mechanical characteristics of construction materials | |
| JP3312298B2 (en) | How to measure stress intensity factor | |
| UA129655U (en) | DEVICES FOR DETERMINATION OF PHYSICO-MECHANICAL CHARACTERISTICS OF BUILDING MATERIALS | |
| Vanniamparambil et al. | Using DIC to measure deformation fields of concrete masonry test specimens | |
| Dai et al. | Intrinsic stress determination based on the combination of photoelasticity and digital gradient sensing | |
| Maji et al. | Measurement of mixed-mode crack profiles by holographic interferometry | |
| Li | The interferometric strain rosette technique | |
| Rutkiewicz et al. | The digital image correlation system accuracy direct testing using strain gauges | |
| Waldner | Quantitave strain analysis with image shearing speckle pattern interferometry (shearography) | |
| Hung | Automated shearography for nondestructive evaluation and strain measurement | |
| Savytskyi et al. | Investigation of nailed timber connections using the laser interferometry method | |
| Ritter et al. | Monitoring Micro-damage Evolution in Structural Steel S355 Using Speckle Interferometry | |
| Gerasimov | Experimental analysis of elasto-plastic deformations using contact holographic interferometry | |
| Maji | Review of noninvasive techniques for detecting microfracture | |
| Kowalska et al. | The digital image correlation system in experimental tests of beam deflection |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20201228 |