RU2769395C1 - Аппарат нагрузочного тестирования напряжений градиента и способ точного измерения мощности нагрузки - Google Patents

Аппарат нагрузочного тестирования напряжений градиента и способ точного измерения мощности нагрузки Download PDF

Info

Publication number
RU2769395C1
RU2769395C1 RU2021107253A RU2021107253A RU2769395C1 RU 2769395 C1 RU2769395 C1 RU 2769395C1 RU 2021107253 A RU2021107253 A RU 2021107253A RU 2021107253 A RU2021107253 A RU 2021107253A RU 2769395 C1 RU2769395 C1 RU 2769395C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
stress
load
sample
simulation
transmitter
Prior art date
Application number
RU2021107253A
Other languages
English (en)
Inventor
Вейяо ГУО
Сюебин ГУ
Тунбин ЖАО
Юньлиан ТАН
Original Assignee
Шандунь Юниверсити Оф Сайенс Энд Текнолоджи
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Шандунь Юниверсити Оф Сайенс Энд Текнолоджи filed Critical Шандунь Юниверсити Оф Сайенс Энд Текнолоджи
Application granted granted Critical
Publication of RU2769395C1 publication Critical patent/RU2769395C1/ru

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N3/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N3/08—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress by applying steady tensile or compressive forces
    • 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
    • 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
    • G01N3/06—Special adaptations of indicating or recording means
    • G01N3/066—Special adaptations of indicating or recording means with electrical indicating or recording means
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/42—Road-making materials
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N2203/0014—Type of force applied
    • G01N2203/0016—Tensile or compressive
    • G01N2203/0019—Compressive
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N2203/0058—Kind of property studied
    • G01N2203/006—Crack, flaws, fracture or rupture
    • G01N2203/0067—Fracture or rupture
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N2203/0058—Kind of property studied
    • G01N2203/0069—Fatigue, creep, strain-stress relations or elastic constants
    • G01N2203/0075—Strain-stress relations or elastic constants
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N2203/02—Details not specific for a particular testing method
    • G01N2203/04—Chucks, fixtures, jaws, holders or anvils
    • G01N2203/0458—Chucks, fixtures, jaws, holders or anvils characterised by their material
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N2203/02—Details not specific for a particular testing method
    • G01N2203/06—Indicating or recording means; Sensing means
    • G01N2203/0617—Electrical or magnetic indicating, recording or sensing means
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N2203/02—Details not specific for a particular testing method
    • G01N2203/06—Indicating or recording means; Sensing means
    • G01N2203/067—Parameter measured for estimating the property
    • G01N2203/0676—Force, weight, load, energy, speed or acceleration
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N2203/02—Details not specific for a particular testing method
    • G01N2203/06—Indicating or recording means; Sensing means
    • G01N2203/067—Parameter measured for estimating the property
    • G01N2203/0682—Spatial dimension, e.g. length, area, angle

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Food Science & Technology (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)

Abstract

По настоящему изобретению предлагаются устройство проверки градиента напряжений под нагрузкой и способ точного определения энергии (или мощности) нагрузки, относящиеся к области испытаний механических свойств пород. Устройство включает в себя верхнюю нажимную пластину, фиксатор образцов, передатчик напряжений и образец для моделирования. Образец для моделирования помещают между боковыми отражательными перегородками фиксатора; передатчик напряжений прижимается к верхней поверхности образца для моделирования, а к передатчику сверху прижимается верхняя нажимная пластина. Данные контроля напряжений и деформации обрабатываются компьютером. Передатчик напряжений включает в себя сочетание из нескольких высокопрочных пластинчатых материалов. В образце для моделирования выполняют штрек для моделирования и на образце размещают тензометр и датчик напряжений. При проведении проверки с помощью настоящего устройства градиент напряжений обеспечивается высокопрочными пластинчатыми материалами разной жесткости в передатчике напряжений, и при проверке измеряют мощность упругой деформации, а также мощность нагрузки, сообщаемую образцу для моделирования, в сочетании с мощностью, сообщаемой тестером. Изобретения предложены для реализации градиента напряжений под нагрузкой и определения энергии нагрузки (или мощности нагрузки), воздействующей на образец для моделирования в режиме реального времени, с целью получения мощности разрушения этого образца. 2 н.п. ф-лы, 6 ил.

Description

Область техники изобретения
[0001] Настоящее изобретение относится к области испытаний механических свойств пород, а конкретно - к устройству проверки градиента напряжений под нагрузкой и способу точного определения энергии (или мощности) нагрузки.
Уровень техники изобретения
[0002] Известны решения проверки градиента напряжений под нагрузкой и способы определения мощности нагрузки: XIE He-ping, PENG Rui-do, JU Yang, ZHOU Hong-wei “ON ENERGY ANALYSIS OF ROCK FAILURE” // Volume 24, Issue 15, August 2005 Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering; Ruidong Peng, Yang Ju, J. G. Wang, Heping Xie, Feng Gao, Lingtao Mao “Energy Dissipation and Release During Coal Failure Under Conventional Triaxial Compression” // Rock Mech Rock Eng (2015) 48:509–526 DOI 10.1007/s00603-014-0602-0 ORIGINAL PAPER. Недостаток указанных решений заключается в недостаточно высокой точности измерения мощности нагрузки.
[0003] Тестер механических свойств пород преимущественно включает в себя одноосный и трехосный тестеры пород. Испытание механических свойств пород - один из наиважнейших подходов к исследованиям в этой области техники. Тестер механических свойств пород может в полной мере моделировать механические свойства каменистого грунта в исходном напряженном состоянии коры. Поскольку глубоко залегающие породы пребывают в сложном напряженном состоянии, необходимо исследовать механические свойства пород в рамках мощности, связанной с проблемой горного удара толщи пород или рудной массы в процессе горнотехнических мероприятий. Настоящий тестер механических свойств может применяться в отношении трехосного испытания пород на сдвиг под высоким всесторонним давлением и для проведения испытания на ползучесть при постоянном всестороннем давлении. Параметры испытаний могут быть заданы по запросу, а весь процесс испытаний управляется с помощью микрокомпьютера для регистрации данных испытаний с высокой степенью автоматизации. Однако современному тестеру механических свойств пород сложно давать нагрузку градиента напряжений и одновременно прикладывать неравномерную нагрузку градиента напряжений в одной и той же плоскости приложения нагрузки.
[0004] В процессе горнорудного производства вследствие неравномерного распределения напряжения по каждой груди забоя в окружающих породах во время горнотехнических мероприятий, а особенно на участках с опасностью горного удара в толще пород может легко накопиться внутреннее напряжение, что приведет к нестабильности пород и повышенной вероятности обрушения. Энергия упругой деформации, накопленная в окружающих породах, может легко высвободиться, провоцируя катастрофический динамический горный удар, а также влияя на тектонические напряжения и нарушения горнорудного производства. Некоторые ученые считают, что основополагающей причиной горного удара является накопление мощности. Что касается разных этапов горного удара, накопление мощности упругой деформации на раннем этапе формирования горного удара превосходит рассеивание мощности, а накопление мощности упругой деформации на более позднем этапе меньше, чем ее рассеивание. Чем дольше длится ранний этап, тем большее количество мощности высвобождается при горном ударе. При этом при использовании имеющихся устройств для проверки механических свойств пород и способа проверки сложно осуществлять контроль мощности нагрузки, а особенно - определять взаимосвязь между разрушением образцов горной породы и мощностью нагрузки. Для лучшего исследования механических свойств образцов пород в плане мощности необходимо дополнительно усовершенствовать существующие устройство и способ проверки.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0005] Для реализации градиента напряжений под нагрузкой и определения энергии нагрузки (или мощности нагрузки), воздействующей на образец для моделирования в режиме реального времени, с целью получения мощности разрушения этого образца согласно настоящему изобретению предлагаются устройство проверки градиента напряжений под нагрузкой и способ точного определения энергии нагрузки, которые включают в себя, в частности, следующее техническое решение.
[0006] Устройство проверки градиента напряжений под нагрузкой, включающее в себя тестер механических свойств пород, верхнюю нажимную пластину, фиксатор образцов, передатчик напряжений и образец для моделирования, при этом фиксатор образцов расположен на испытательном стенде тестера механических свойств пород, а образец для моделирования помещают между боковыми отражательными перегородками фиксатора; передатчик напряжений прижимается к верхней поверхности образца для моделирования, а к передатчику сверху прижимается верхняя нажимная пластина; фиксатор образцов имеет П-образную форму и включает в себя нижнюю и две боковых отражательных перегородки; передатчик напряжений включает в себя несколько высокопрочных пластинчатых материалов, комбинируемых в зависимости от величины жесткости, и эти материалы совместно передают усилие натиска верхней нажимной пластины; в образце для моделирования выполняется штрек для моделирования, а на верхней и нижней пластинах, а также на боковой стенке штрека для моделирования располагают несколько тензометров, и на верхней части образца для моделирования располагают датчик напряжений; подключение нагружающей системы тестера механических свойств пород, тензометра и датчика напряжений к компьютеру выполняется отдельно.
[0007] Предпочтительно, чтобы передатчик напряжений устанавливался так, чтобы он соответствовал боковым отражательным перегородкам фиксатора, и поверхность контакта, расположенная между передатчиком напряжений и боковой отражательной перегородкой, была гладкой, а индентор тестера механических свойств пород был прижат к верхней нажимной пластине.
[0008] Предпочтительно, чтобы верхняя нажимная пластина была представлена сплошной стальной пластиной с толщиной меньшей, чем у боковой отражательной перегородки фиксатора образцов.
[0009] Способ точного определения энергии нагрузки при проверке градиента напряжений под нагрузкой с помощью устройства проверки градиента напряжений под нагрузкой по п. 1, включающий в себя следующие этапы:
[0010] Этап 1. Получение образца для моделирования, в котором выполняется штрек для моделирования, а также устанавливаются тензометр и датчик напряжений;
[0011] Этап 2. Помещение хорошо застывшего образца для моделирования между боковыми отражательными перегородками фиксатора образцов;
[0012] Этап 3. Укладка передатчика напряжений, состоящего из нескольких скомпонованных высокопрочных пластинчатых материалов, на образец для моделирования и равномерный прижим этих пластинчатых материалов к образцу, причем нагрузка прикладывается к полосоподобным участкам, где ai - напряжение каждого высокопрочного пластинчатого материала, Ei - модуль упругости каждого пластинчатого материала, g - деформация высокопрочного пластинчатого материала, а i - последовательный номер высокопрочного пластинчатого материала, представленный целым положительным числом;
[0013] Этап 4. Размещение верхней нажимной пластины на передатчике напряжений и подача нагрузки на верхнюю нажимную пластину посредством тестера механических свойств пород, причем в процессе нагружения:
[0014] соблюдается условие ai/Ei = g, и чем выше модуль упругости высокопрочного пластинчатого материала, тем больше величина напряжений, передаваемых им;
[0015] Этап 5. Вычисление мощности, действующей на образец для моделирования в отдельной области, а также вычисление и отображение энергии (или мощности) упругой деформации каждого высокопрочного пластинчатого материала и энергии (или мощности) нагрузки тестера механических свойств пород посредством компьютера, причем энергия нагрузки преобразуется в энергию упругой деформации и мощность, действующую на образец для моделирования, в рамках которого
[0016] энергию упругой деформации можно вычислить по формуле
Figure 00000001
, где P - напряжение, обеспечиваемое передатчиком напряжений и контролируемое датчиком напряжений, Δl - величина деформации образца для моделирования, контролируемая тензометром; мощность нагрузки вычисляют по силе нагрузки F и смещению Δx индентера; и
[0017] Этап 6. Регистрация изменений показателей мощности в процессе, начиная с подачи нагрузки тестера механических свойств пород и заканчивая разрушением образца для испытаний.
[0018] Настоящее изобретение имеет следующие положительные эффекты.
[0019] (1) В рамках предложенного устройства проверки градиента напряжений под нагрузкой фиксатор образцов обеспечивает закрепление образца для испытаний и объединяется с тестером механических свойств пород, что обеспечивает экономию по сравнению с непосредственным изменением тестера. В передатчике напряжений применяются несколько высокопрочных пластинчатых материалов разной жесткости для обеспечения градиента напряжений под нагрузкой согласно взаимосвязи напряжения, модуля упругости и деформации. В образце для моделирования выполняется штрек для моделирования, а также моделируется взаимосвязь мощности, деформации и разрушения в сочетании с установкой тензометра.
[0020] (2) Согласно способу точного определения мощности нагрузки при проверке градиента напряжений под нагрузкой этот градиент определяется при выполнении соответствующих этапов работы. Передатчик напряжений подает нагрузку на образец для моделирования на полосоподобных участках, а мощность нагрузки тестера и мощность упругой деформации передатчика напряжений определяют в соответствии с законом сохранения мощности; мощность, действующую на образец для моделирования, можно определить на отдельном участке для реализации контроля мощности, действующей на образец для моделирования, в режиме реального времени и, в конечном итоге, можно определить мощность разрушения этого образца.
Краткое описание чертежей
[0021] ФИГ. 1 - принципиальная схема устройства нагружающей части устройства проверки градиента напряжений под нагрузкой.
[0022] ФИГ. 2 - принципиальная схема устройства фиксатора образцов для моделирования.
[0023] ФИГ. 3 - принципиальная схема устройства образца для моделирования.
[0024] ФИГ. 4 - схематическое изображение кривой поперечного сечения и распределения напряжений по образцу для моделирования.
[0025] ФИГ. 5 - принципиальная схема устройства передатчика напряжений.
[0026] Номера позиций на чертежах: 1. Верхняя нажимная пластина; 2. Фиксатор образцов; 3. Передатчик напряжений; 4. Образец для моделирования; 5. Компьютер; 201. Боковая отражательная перегородка; 202. Нижняя отражательная перегородка; 203. Отверстие под винт; 401. Штрек для моделирования; 402. Тензометр; 403. Датчик напряжений; 404. Кривая распределения напряжений.
Подробное описание вариантов осуществления изобретения
[0027] Как показано на ФИГ. 1-5, по настоящему изобретению предлагаются устройство проверки градиента напряжений под нагрузкой и способ точного определения мощности нагрузки, включающие в себя, в частности, следующее техническое решение.
[0028] Конкретно, конструкция устройства проверки градиента напряжений под нагрузкой включает в себя тестер механических свойств пород, верхнюю нажимную пластину, фиксатор образцов, передатчик напряжений и образец для моделирования. Фиксатор образцов расположен на испытательном стенде тестера механических свойств пород, который может быть представлен стандартным тестером одноосного сжатия. Фиксатор образцов и тестер механических свойств пород разъемно соединены друг с другом. В рамках устройства проверки градиента напряжений под нагрузкой фиксатор образцов обеспечивает закрепление образца для испытаний и объединяется с тестером механических свойств пород, что обеспечивает экономию по сравнению с непосредственным изменением тестера. В передатчике напряжений применяются несколько высокопрочных пластинчатых материалов разной жесткости для обеспечения градиента напряжений под нагрузкой согласно взаимосвязи напряжения, модуля упругости и деформации. В образце для моделирования выполняется штрек для моделирования, а также моделируется взаимосвязь мощности, деформации и разрушения в сочетании с установкой тензометра.
[0029] Образец для моделирования помещают между боковых отражательных пластин фиксатора образцов так, чтобы между ними оставался пренебрежительно малый зазор. На боковой поверхности фиксатора образцов расположены несколько винтовых отверстий. При необходимости могут быть добавлены отражательные перегородки спереди и сзади от боковой перегородки. Передатчик напряжений прижимается к верхней поверхности образца для моделирования, представляющего собой гладкую и плоскую поверхность контакта. Верхняя нажимная пластина, представленная пластиной жесткости, давит на передатчик напряжений. Верхняя нажимная пластина и боковая отражательная перегородка фиксатора образцов соответствуют друг другу, а ширина между боковыми отражательными перегородками немного превышает ширину верхней нажимной пластины. Фиксатор образцов имеет П-образную форму и включает в себя нижнюю и две боковых отражательных перегородки. Передатчик напряжений включает в себя несколько высокопрочных пластинчатых материалов, объединяемых в зависимости от величины жесткости. Несколько высокопрочных пластинчатых материалов совместно передают усилие натиска верхней нажимной пластины. Передатчик напряжений установлен в соответствии с боковыми отражательными перегородками фиксатора, и поверхность контакта, расположенная между передатчиком напряжений и боковой отражательной перегородкой, гладкая. Индентор тестера механических свойств пород прижат к верхней нажимной пластине. Верхняя нажимная пластина представлена сплошной стальной пластиной с толщиной меньшей, чем у боковой отражательной перегородки фиксатора образцов.
[0030] В образце для моделирования выполнен штрек для моделирования, и его размер и форма определяются в соответствии с масштабами проверки. Образец для моделирования может быть изготовлен из аналогичных материалов, и для контроля моделируемой деформации верхней, нижней пластин, боковых стенок и вспомогательных приспособлений штрека для моделирования на них устанавливают несколько тензометров. Для контроля напряжения, воздействующего на образец для моделирования, над ним расположены датчики напряжений, а количество высокопрочных пластинчатых материалов и датчиков напряжений совпадает, за счет чего обеспечивается определение усилия, оказываемого на образец для моделирования каждым таким материалом. Подключение нагружающей системы тестера механических свойств пород, тензометра и датчика напряжений к компьютеру выполняется отдельно.
[0031] Способ точного определения мощности нагрузки при проверке градиента напряжений под нагрузкой с помощью устройства проверки градиента напряжений под нагрузкой включает в себя следующие этапы.
[0032] Этап 1. Получение образца для моделирования, в котором выполняется штрек для моделирования, а также устанавливаются тензометр и датчик напряжений, и данный процесс включает в себя: подготовку аналогичных материалов; определение размера образца для моделирования; и выполнение штрека для моделирования непосредственно в фасонном литье или получение образца для моделирования кубической формы и выполнение штрека в нем, причем в процессе получения образца для моделирования тензометр и датчик напряжений соответствующим образом фиксируют внутри образца.
[0033] Этап 2. Помещение хорошо застывшего образца для моделирования между боковыми отражательными перегородками фиксатора образцов. Обеспечение полного застывания образца для моделирования после его затвердевания и гладкая шлифовка образца, в особенности - его верхней поверхности для обеспечения плоской и гладкой поверхности.
[0034] Этап 3. Установка передатчика напряжений, состоящего из нескольких точно подогнанных высокопрочных пластинчатых материалов, поверх образца для моделирования и их равномерный прижим к образцу с воздействием нагрузки на полосоподобные участки. ai - напряжение каждого высокопрочного пластинчатого материала, Ei - модуль упругости каждого высокопрочного пластинчатого материала, g - деформация высокопрочного пластинчатого материала, i - последовательный номер высокопрочного пластинчатого материала, представленный целым положительным числом.
[0035] Как представлено на ФИГ. 4, посредством изменения распределения высокопрочных пластинчатых материалов с разными модулями упругости могут быть заданы разные кривые распределения напряжений для моделирования состояния напряжения окружающих пород штрека для моделирования. Как представлено на ФИГ. 5, высокопрочные пластинчатые материалы могут нумероваться согласно величине их модуля упругости или могут нумероваться последовательно в порядке установки. На ФИГ. 5 представлена нумерация по модулю упругости материалов. Высокопрочным пластинчатым материалам с одинаковым модулем упругости присваивают одинаковый номер, причем ширина высокопрочных пластинчатых материалов может быть одинаковой или разной. В зависимости от фактических потребностей при проведении проверки высокопрочный пластинчатый материал с более высоким значением модуля упругости подбирают для участка, на котором необходимо оказать большее напряжение, а материал с более низким значением модуля упругости - для участка, на котором необходимо оказать меньшее напряжение. Термины «больший» и «меньший» относятся, в частности, к сопоставлению модулей упругости высокопрочных пластинчатых материалов. Значения модуля упругости прилегающих высокопрочных пластинчатых материалов по обеим сторонам от положения пика напряжения последовательно снижаются так, чтобы более соответствовать фактическому распределению напряжений.
[0036] Этап 4. Размещение верхней нажимной пластины на передатчике напряжений и подача нагрузки на верхнюю нажимную пластину посредством тестера механических свойств пород. В процессе подачи нагрузки:
[0037] соблюдается условие ai/Ei = g, и чем выше модуль упругости высокопрочного пластинчатого материала, тем больше величина напряжений, передаваемых им.
[0038] В процессе подачи нагрузки деформация различных сочетаний высокопрочных пластинчатых материалов одинакова. Следовательно, подбор сочетания пластин в каждом положении передатчика напряжений может быть рассчитан по следующей формуле:
[0039] a1/E1 = a2/E2 = a3/E3 = a4/E5 = g,
[0040] где i = 1, 2, 3, 4, 5, что соответствует последовательным номерам на ФИГ. 5 и представляет собой высокопрочные пластинчатые материалы разной твердости. По вышеприведенной формуле можно понять, что чем выше жесткость (модуль упругости E) каждого высокопрочного пластинчатого материала, тем выше напряжение, передаваемое этим материалом при той же деформации. То есть, градиент напряжений под нагрузкой может быть обеспечен посредством регулировки сочетания пластин.
[0041] Этап 5. Вычисление мощности, действующей на образец для моделирования в отдельной области, а также вычисление и отображение мощности упругой деформации каждого высокопрочного пластинчатого материала и мощности нагрузки тестера механических свойств пород посредством компьютера, причем мощность нагрузки преобразуется в мощность упругой деформации и мощность, действующую на образец для моделирования.
[0042] Мощность упругой деформации можно вычислить по формуле
Figure 00000001
, где P - напряжение, обеспечиваемое передатчиком напряжений и контролируемое датчиком напряжений, Δl - величина деформации образца для моделирования, контролируемая тензометром; мощность нагрузки вычисляют по силе нагрузки F и смещению Δx индентера.
[0043] Принцип проведения расчетов мощности нагрузки следующий: постепенное наращивание внешнего усилия на объект не приводит к возникновению ускорения этого объекта, что можно рассматривать как преобразование мощности, сообщаемой внешним усилием, в мощность деформации, переходящую на объект; то есть, энергия, сообщаемая передатчиком напряжений, полностью преобразуется в мощность упругой деформации образца, а соответствующая энергия упругой деформации, сообщаемая передатчиком напряжений, вычисляется по формуле расчета мощности упругой деформации. Значение Δl в формуле - смещение, которое может контролироваться тензометром; P - усилие, сообщаемое передатчиком напряжений. Согласно третьему закону Ньютона, действие усилия обоюдное. Следовательно, усилие P может контролироваться датчиком напряжений или быть вычислено по деформации g, регистрируемой в виде модуля упругости передатчика напряжений, и по смещению нагружающего устройства, после чего можно вычислить мощность, сообщаемую образцу, на отдельном участке по формуле расчета мощности упругой деформации.
[0044] Принцип расчета мощности разрушения образца следующий: энергия, сообщаемая тестером механических свойств пород, преобразуется в две составляющие: одна составляющая воздействует на образец и, в конечном итоге, приводит к его разрушению; другая часть накапливается в передатчике напряжений в виде мощности упругой деформации. Мощность, накапливающуюся в передатчике напряжений, можно вычислить по формуле расчета мощности упругой деформации; мощность, сообщаемую образцу, можно вычислить по усилию нагрузки F и смещению Δx. Мощность при разрушении образца вычисляют по данным, полученным сразу после его разрушения.
[0045] Принцип расчетов вышеуказанной мощности следующий: вычисление и отображение мощности в режиме реального времени в процессе подачи нагрузки могут быть реализованы посредством сбора данных, вычислений и обработки данных на компьютере.
[0046] Этап 6. Регистрация изменений показателей мощности в процессе, начиная с подачи нагрузки тестера механических свойств пород и заканчивая разрушением образца для испытаний.
[0047] На верхнюю нажимную пластину подается нагрузка от индентера тестера механических свойств пород, и в процессе подачи нагрузки данные проверки регистрируются и выводятся компьютером; данные проверки регистрируются в процессе подачи нагрузки и отображаются на компьютере в режиме реального времени.
[0048] Состояние напряжения породы соответствует состоянию ее мощности, и переходы мощности происходят на протяжении всего процесса разрушения породы, включая этап упругой деформации, текучести и разрушения. Таким образом, за счет точного определения мощности образца породы на каждом этапе может быть выработана гипотетическая модель разрушения пород, приближенная к реальным условиям, для определения более точной закономерности разрушения пород.
[0049] В сравнении с прочими устройствами подачи напряжений под нагрузкой градиент напряжений под нагрузкой может быть обеспечен с помощью высокопрочных материалов, а мощность нагрузки можно точно установить по установленным тензометру, передатчику напряжений и т.п. Вышеприведенный способ испытаний прост и удобен при работе и обеспечивает точность измерений, благодаря чему вполне удовлетворяет требованиям проверки образца пород под нагрузкой.
[0050] Разумеется, вышеприведенные описания не предназначены для ограничения настоящего изобретения. Настоящее изобретение не ограничивается вышеприведенными примерами. Изменения, модификации, дополнения или замены, производимые специалистами в этой области техники в рамках объема и сущности настоящего изобретения, должны входить в объем правовой охраны настоящего изобретения.

Claims (14)

1. Устройство тестирования напряжений градиента, включающее тестер механических свойств пород, верхнюю нажимную пластину, фиксатор образцов, передатчик напряжений и образец для моделирования, при этом фиксатор образцов расположен на испытательном стенде тестера механических свойств пород, а образец для моделирования помещают между боковыми отражательными перегородками фиксатора; передатчик напряжений прижимается к верхней поверхности образца для моделирования, а к передатчику сверху прижимается верхняя нажимная пластина; фиксатор образцов имеет П-образную форму и включает в себя нижнюю и две боковых отражательных перегородки; передатчик напряжений включает в себя несколько высокопрочных пластинчатых материалов, комбинируемых в зависимости от величины жесткости, и эти материалы совместно передают усилие натиска верхней нажимной пластины; в образце для моделирования выполняется штрек для моделирования, а на верхней и нижней пластинах, а также на боковой стенке штрека для моделирования располагают несколько тензометров и на верхней части образца для моделирования располагают датчик напряжений; подключение нагружающей системы тестера механических свойств пород, тензометра и датчика напряжений к компьютеру выполняется отдельно; передатчик напряжений установлен так, чтобы соответствовать боковым отражательным перегородкам фиксатора, и поверхность контакта, расположенная между передатчиком напряжений и боковой отражательной перегородкой, гладкая, а индентор тестера механических свойств пород прижат к верхней нажимной пластине; а также верхняя нажимная пластина представлена сплошной стальной пластиной с толщиной меньшей, чем у боковой отражательной перегородки фиксатора образцов.
2. Способ точного определения энергии нагрузки при проверке градиента напряжений под нагрузкой с помощью устройства проверки градиента напряжений под нагрузкой по п. 1, включающий следующие этапы:
на этапе 1 получают образец для моделирования, в котором выполняют штрек для моделирования, а также устанавливают тензометр и датчик напряжений;
на этапе 2 помещают хорошо застывший образец для моделирования между боковыми отражательными перегородками фиксатора образцов;
на этапе 3 передатчик напряжений, состоящий из нескольких скомпонованных высокопрочных пластинчатых материалов, укладывают на образец для моделирования и осуществляют равномерный прижим этих пластинчатых материалов к образцу, причем нагрузку прикладывают к полосоподобным участкам;
на этапе 4 верхнюю нажимную пластину размещают на передатчике напряжений и производят подачу нагрузки на верхнюю нажимную пластину посредством тестера механических свойств пород, причем в процессе нагружения соблюдают условие
ai /Ei = g,
где ai – напряжение каждого высокопрочного пластинчатого материала,
Ei – модуль упругости каждого пластинчатого материала,
g – деформация высокопрочного пластинчатого материала,
i – последовательный номер высокопрочного пластинчатого материала, представленный целым положительным числом;
и чем выше модуль упругости высокопрочного пластинчатого материала, тем больше величина напряжений, передаваемых им;
на этапе 5 происходит вычисление энергии, действующей на образец для моделирования в отдельной области, а также вычисление и отображение энергии упругой деформации каждого высокопрочного пластинчатого материала и энергии нагрузки тестера механических свойств пород посредством компьютера, причем энергию нагрузки преобразуют в энергию упругой деформации и энергию, действующую на образец для моделирования; и
на этапе 6 регистрируют изменения показателей энергии в процессе, начиная с подачи нагрузки тестера механических свойств пород и заканчивая разрушением образца для испытаний.
RU2021107253A 2019-11-27 2020-04-01 Аппарат нагрузочного тестирования напряжений градиента и способ точного измерения мощности нагрузки RU2769395C1 (ru)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911177665.9 2019-11-27
CN201911177665.9A CN110864968B (zh) 2019-11-27 2019-11-27 一种应力梯度加载试验装置及精确确定加载能量的方法
PCT/CN2020/082841 WO2021031571A1 (zh) 2019-11-27 2020-04-01 一种应力梯度加载试验装置及精确确定加载能量的方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2769395C1 true RU2769395C1 (ru) 2022-03-31

Family

ID=69655408

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2021107253A RU2769395C1 (ru) 2019-11-27 2020-04-01 Аппарат нагрузочного тестирования напряжений градиента и способ точного измерения мощности нагрузки

Country Status (5)

Country Link
US (1) US11041790B2 (ru)
CN (1) CN110864968B (ru)
RU (1) RU2769395C1 (ru)
WO (1) WO2021031571A1 (ru)
ZA (1) ZA202101722B (ru)

Families Citing this family (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109490085B (zh) * 2018-12-24 2020-12-29 山东科技大学 一种岩石冲击加载-卸围压力学试验系统及其使用方法
CN110864968B (zh) * 2019-11-27 2020-11-20 山东科技大学 一种应力梯度加载试验装置及精确确定加载能量的方法
CN112525732B (zh) * 2020-11-11 2022-09-27 中国人民解放军军事科学院国防工程研究院 一种竖直均布爆炸荷载的机械施加方法及施加装置
CN113092247A (zh) * 2021-03-03 2021-07-09 南京理工大学 一种陶瓷预应力的加载装置及其安装方法
CN114136773B (zh) * 2021-11-10 2023-01-17 苏州大学 一种平面应变土样变形的piv增强测量方法
CN114088587A (zh) * 2021-11-19 2022-02-25 华东交通大学 无边界颗粒扭剪加载空心圆筒光弹实验装置及其使用方法
CN114397234B (zh) * 2022-01-06 2024-07-12 太原理工大学 一种复合煤岩体真三轴梯度应力加载渗流试验装置
CN114397187B (zh) * 2022-01-18 2023-06-23 中国石油大学(华东) 基于纳微尺度压痕实验的岩石蠕变特性多尺度分析方法
CN114486618B (zh) * 2022-01-27 2023-10-17 福建工程学院 考虑温度-应力耦合作用的瓦斯吸附-解吸-驱替试验装置及其试验方法
CN114486996B (zh) * 2022-01-27 2023-11-03 福建工程学院 智能控制岩石热膨胀测试仪及其应用方法
CN114414392B (zh) * 2022-01-27 2023-04-14 山东科技大学 恒定侧向刚度常规三轴试验装置及其试验方法
CN114112603B (zh) * 2022-01-28 2022-04-19 南京大学 一种模拟某一深度下夯土试样制备系统及方法
CN115792184B (zh) * 2022-12-01 2024-05-24 山东科技大学 用于相似材料模拟实验的无线应力和位移测量系统及方法
CN115824783B (zh) * 2022-12-13 2024-03-01 中国矿业大学 一种深部地下围岩动静耦合梯度荷载施加装置及方法
CN116863803B (zh) * 2023-06-07 2024-04-02 长安大学 用于岩土体钻孔内模型试验的模拟装置和方法
CN117074168B (zh) * 2023-07-05 2024-05-24 中国矿业大学(北京) 一种水平垂直联动力学模拟的围岩变形实验装置及方法

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2204128C2 (ru) * 2001-02-19 2003-05-10 Институт горного дела - научно-исследовательское учреждение СО РАН Способ и стенд для исследования электромагнитного излучения деформируемого до разрушения твердого тела в форме стержня
RU2468350C1 (ru) * 2011-04-07 2012-11-27 Учреждение Российской академии наук Институт горного дела Сибирского отделения РАН Стенд для исследования электромагнитного излучения твердого тела, например образца горной породы
CN103969121A (zh) * 2014-05-27 2014-08-06 中铁二十四局集团福建铁路建设有限公司 一种弹性应变能指标检测系统及方法
CN107991184A (zh) * 2017-11-27 2018-05-04 中南大学 一种基于剩余弹性应变能指标的岩爆倾向性等级判别方法
CN108007781A (zh) * 2017-11-17 2018-05-08 山东科技大学 动静组合载荷下巷道支护体力学模拟试验系统及其方法
CN108519282A (zh) * 2018-03-16 2018-09-11 武汉理工大学 一种模拟不同类型岩爆的试验方法
CN110044731A (zh) * 2019-04-29 2019-07-23 中南大学 非均布法向荷载结构面直剪试验方法及辅助加载装置

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5024103A (en) * 1990-05-31 1991-06-18 Regents Of The University Of Minnesota Surface instability detection apparatus
JP3666799B2 (ja) * 2000-11-24 2005-06-29 九州電力株式会社 岩石不連続面の試験装置
FR2997422B1 (fr) * 2012-10-30 2015-03-27 Sncf Procede d'evaluation de la compacite d'une couche de ballast de voie ferree, dispositif de mise en oeuvre et methode de prediction du tassement de la dite couche de ballast
CN104849134B (zh) * 2015-05-26 2016-01-20 中国石油大学(华东) 多级应力分级加载蠕变力学试验确定岩石长期强度的方法
CN106483267B (zh) * 2016-10-17 2019-05-28 中国矿业大学 一种逼真型煤与瓦斯突出模拟试验装置及方法
AU2017329096B2 (en) * 2017-04-28 2019-01-31 Shandong University Intelligent numerically-controlled ultrahigh pressure true three-dimensional non-uniform loading/unloading and steady pressure model test system
CN106996903B (zh) * 2017-05-09 2023-05-09 洛阳理工学院 一种用于模拟深埋硐室岩爆的试验装置及方法
CN107389449B (zh) * 2017-08-03 2019-09-24 中南大学 一种矿山充填材料压缩特性实验装置及其实验方法
CN108593430A (zh) * 2018-03-08 2018-09-28 中国矿业大学 空间梯度应力再造装置、方法及煤岩力学特性实验方法
CN109211668B (zh) * 2018-09-20 2021-07-16 中国矿业大学 一种煤岩组合体开采卸荷试验装置及方法
CN109632504B (zh) * 2018-12-21 2021-05-14 江苏师范大学 一种二向应力状态的隔水层的测试试验模型
CN109490086B (zh) * 2018-12-24 2021-03-02 山东科技大学 一种巷道围岩支护强度试验装置及强度确定方法
CN110864968B (zh) * 2019-11-27 2020-11-20 山东科技大学 一种应力梯度加载试验装置及精确确定加载能量的方法

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2204128C2 (ru) * 2001-02-19 2003-05-10 Институт горного дела - научно-исследовательское учреждение СО РАН Способ и стенд для исследования электромагнитного излучения деформируемого до разрушения твердого тела в форме стержня
RU2468350C1 (ru) * 2011-04-07 2012-11-27 Учреждение Российской академии наук Институт горного дела Сибирского отделения РАН Стенд для исследования электромагнитного излучения твердого тела, например образца горной породы
CN103969121A (zh) * 2014-05-27 2014-08-06 中铁二十四局集团福建铁路建设有限公司 一种弹性应变能指标检测系统及方法
CN108007781A (zh) * 2017-11-17 2018-05-08 山东科技大学 动静组合载荷下巷道支护体力学模拟试验系统及其方法
CN107991184A (zh) * 2017-11-27 2018-05-04 中南大学 一种基于剩余弹性应变能指标的岩爆倾向性等级判别方法
CN108519282A (zh) * 2018-03-16 2018-09-11 武汉理工大学 一种模拟不同类型岩爆的试验方法
CN110044731A (zh) * 2019-04-29 2019-07-23 中南大学 非均布法向荷载结构面直剪试验方法及辅助加载装置

Also Published As

Publication number Publication date
WO2021031571A1 (zh) 2021-02-25
US20210156775A1 (en) 2021-05-27
CN110864968A (zh) 2020-03-06
CN110864968B (zh) 2020-11-20
US11041790B2 (en) 2021-06-22
ZA202101722B (en) 2021-05-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2769395C1 (ru) Аппарат нагрузочного тестирования напряжений градиента и способ точного измерения мощности нагрузки
KR102129151B1 (ko) 피로 크랙의 비-확대 임계치 결정을 위한 고진동수 방법
CN113218766B (zh) 一种基于矩张量分析的岩石起裂应力与损伤应力辨识方法
CN106124313A (zh) 混凝土及类似材料受压下综合变形性能的测试装置及方法
CN109540663A (zh) 平压头垂直度对压痕测试材料力学参数的修正方法
CN110006764B (zh) 岩土与地下工程模型试验交通动荷载模拟装置及试验方法
CN105784238B (zh) 一种材料表面残余应力的测量方法及其系统
CN101666782A (zh) 切向接触刚度和阻尼测量装置
CN102128754B (zh) 在shpb劈裂拉伸试验中测定脆性材料拉伸弹模的方法
CN103983516A (zh) 一种测算土体泊松比的装置及方法
Choi et al. Development of a true triaxial apparatus for sands and gravels
CN109283068A (zh) 一种研究节理面剪切渗流耦合机理的分析方法及试验系统
CN108414379A (zh) 一种原位压入测试提取金属弹塑性参数的方法
CN107941268B (zh) 一种恒定轴压荷载作用下测量混凝土试件温湿度的方法
CN106093197B (zh) 大尺寸人造板弹性模量和面内剪切模量的无损检测方法
CN110987791A (zh) 一种用于确定钢板与混凝土法向粘结参数的系统及试验方法
CN202886198U (zh) 一种泡沫材料剪切弹性性能测量的专用设备
CN207850806U (zh) 一种可测量弹性模量的万能试验机
CN212539562U (zh) 模型基础动力参数测试系统
Kao et al. Inelastic strain and damage in surface instability tests
CN110967265A (zh) 一种耦合动-静态加载试验系统
CN205941200U (zh) 混凝土温度应力试验机
Koh et al. Numerical and experimental studies of concrete damage under impact
KR20180019396A (ko) 변형률비의 변동을 고려한 상사법칙을 이용한 철근콘크리트 구조물의 축소모형 유사동적실험방법
CN113447355A (zh) 一种物料压缩过程内部力学行为检测方法