SU1286934A1

SU1286934A1 - Device for strength tests of group of material specimens

Info

Publication number: SU1286934A1
Application number: SU853948848A
Authority: SU
Inventors: Евгений Васильевич Лодус
Original assignee: Всесоюзный научно-исследовательский институт горной геомеханики и маркшейдерского дела
Priority date: 1985-09-02
Filing date: 1985-09-02
Publication date: 1987-01-30

Abstract

Изобретение относитс к испытательной технике и позвол ет расширить технологические возможности путем обеспечени исследовани вли ни энергообмена группы образцов на их прочностные свойства в допредельной и запредельной стади х деформировани , исследовать энергообмен в динамическом режиме нагружени . На стойках 2 осноThe invention relates to a testing technique and allows one to expand the technological capabilities by providing a study of the effect of the energy exchange of a group of samples on their strength properties in the pre-limiting and transcendental stages of deformation, to investigate the energy exchange in a dynamic loading mode. On racks 2 basics

Description

1212

(Л(L

вани 1 установки установлена с возможностью перемещени траверса (Т) 3. Между основанием 1 и ТЗ установлен накопитель энергии в виде гидроцилиндра (ГЦ) 4 двустороннего действи с поршнем 5, соединенным посредством штока с ТЗ. По числу образцов на ТЗ установлены дополнительные ГЦ 6-8 двустороннего действи . Своими штоками они св заны с захватами дл образцов. Поршни всех ГЦ 4,6-8 имеют ограничители хода в виде рамок 9, установленных на торцах корпусов ГЦ 4,6-8, иThe installation van 1 is installed with the possibility of moving the yoke (T) 3. Between the base 1 and the TZ, there is a double-acting energy storage device in the form of a hydraulic cylinder (GC) 4 with a piston 5 connected by a rod to the TZ. According to the number of samples on the TZ, additional HZ 6-8 bilateral actions are established. By their stocks, they are associated with specimens grips. Pistons of all HZ 4.6-8 have travel stops in the form of frames 9 installed on the ends of HZ 4.6-8 housings, and

стопорных гаек 10, установленных на штоках ГЦ 4, 6-8. Полости ГЦ 4,6-8 сообщены посредством вентилей с -напорной 12 и сливной 13 магистрал ми насосной станции. Между основанием 1 и ТЗ установлен дополнительный накопитель энергии в виде пружины 27. Путем подачи жидкости в соответствующие полости ГЦ 6-8 каждьй образец нагружают индивидуальной нагрузкой (раст жением , изгибом, сжатием). С помощью ГЦ 4 производ т совместное нагру- жение образцов. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.lock nuts 10 mounted on the HZ 4, 6-8 rods. The cavities HZ 4.6-8 are communicated by means of valves from the pressure head 12 and the drain 13 lines of the pumping station. An additional energy storage in the form of a spring 27 is installed between base 1 and TZ. By supplying fluid to the corresponding cavities of HZ 6-8, each sample is loaded with an individual load (stretching, bending, compression). With the help of HZ 4, the samples are loaded together. 1 hp f-ly, 1 ill.

1one

Изобретение относитс к испытательной технике, в частности к установкам , предназначенным дл исследовани вли ни энергообмена группы образцов материалов, преимущественно горных пород, на их прочностные свойства.The invention relates to a testing technique, in particular, to installations intended to study the effect of the energy exchange of a group of samples of materials, mainly rocks, on their strength properties.

Цель изобретени - расширение технологических возможностей путем обеспечени исследовани вли ни энергообмена группы образцов на их прочностные свойства в допредельной и запредельной стади х деформировани , а также исследовани энергообмена в динамическом режиме на- гружени .The purpose of the invention is the expansion of technological capabilities by ensuring the study of the effect of the energy exchange of a group of samples on their strength properties in the pre-limiting and transcendental stages of deformation, as well as the study of energy exchange in a dynamic loading mode.

На чертеже изображена схема установки дл прочностных испытаний группы образцов материалов.The drawing shows an installation diagram for the strength testing of a group of material samples.

Установка содержит основание 1 со стойками 2, траверсу 3, установленную на стойках 2 с возможностью перемещени , накопитель энергии в виде гидроцилиндра 4 двустороннего действи с поршнем 5, дополнительные гидроцилиндры 6-8 двустороннего действи , установленные на траверсе 3, ограничители хода поршней гидроцилиндров 4,6,7 и В, каждый из которых выполнен в виде рамки 9, закрепленной на торце корпуса соответствующего гидроцилинд- ра, и стопорной гайки 10, установленной на штоке соответствующего гидроцилиндра и взаимодействующей с рамкой 9, и насосную стаН1щю 11 с напорной 12 и сливной 13 магистрал ми. Полости гидроцилиндров 4,6,7 и 8 сообщены посредством вентилей 14 - 17 с напорнойThe installation includes a base 1 with columns 2, a traverse 3 mounted on racks 2 with the possibility of movement, an energy storage device in the form of a double-acting hydraulic cylinder 4 with a piston 5, additional hydraulic cylinders 6-8 of double-acting, mounted on the traverse 3, the stroke limits of the pistons of the hydraulic cylinders 4, 6.7 and B, each of which is made in the form of a frame 9 fixed on the end of the body of the corresponding hydraulic cylinder, and a lock nut 10 mounted on the rod of the corresponding hydraulic cylinder and interacting with the frame 9, and we staN1schyu waistband 11 with the discharge drain 12 and backbone 13 mi. The cavities of the hydraulic cylinders 4,6,7 and 8 are communicated by means of valves 14 - 17 with the pressure

5five

; ;

5 five

5five

магистралью 12 и посредством вентилей 18 - 21 со сливной магистралью 13 (дл дополнительных гидрощшиндров 7 и 8, вентили не показаны). Поршни дополнительных гидроцилиндров 6-8 соединены посредством штоков с захватами 22 соответствующих образцов 23 - 25. Конструкци захватов 22 определ етс схемой нагружени данного, образца. Образец 23 нагружаетс раст гивающей нагрузкой, образец 24 - изгибом, образец 25 - сжатием. Гайки 26, св занные с захватами 22, служат дл изменени положени захватов 22 при изменении положени поршней соответствующих гидроцилиндров 6 - 8 с целью изменени их энергоемкости. Установка содержит также дополнительный бъемный накопитель энергии, йы- полненный в виде пружины 27, установленной между основанием 1 и траверсой 3.by line 12 and by means of valves 18-21 with drain line 13 (for additional hydraulic heads 7 and 8, valves are not shown). The pistons of the additional hydraulic cylinders 6-8 are connected by means of rods to the grips 22 of the corresponding samples 23-25. The design of the grips 22 is determined by the loading circuit of this sample. Sample 23 is loaded with tensile load, sample 24 is curved, sample 25 is compressed. The nuts 26 associated with the grippers 22 serve to reposition the grips 22 as the pistons of the respective hydraulic cylinders 6-8 change in order to change their energy intensity. The installation also contains an additional removable energy storage device, designed in the form of a spring 27 installed between the base 1 and the cross-member 3.

Установка работает следующим образом .The installation works as follows.

В зависимости от вида нагружени в подпоршневые полости гидрощшиндров 6-8 подают давление в верхнюю или нижнюю (по чертежу) полости при закрытых вентил х 18-21. Так, образец 23 предполагаетс нагружать раст жением , поэтому при закрытом вентиле 15 через вентиль 14 в гидроцилиндр 6 подают жидкость от станции 11 и производ т раст жение образца 23 до заданного усили . Затем закрывают вентиль 14 и таким же образом нагружают изгибом образец 24, сжатием образец 25, подава давление в нижние по чертежу полости соответствую цих гидроцилиндров 7 и 8. При создании давлени под поршн ми этих гидроцилиндров запасаетс энерги в полости. в которую подаетс жидкость, и объем этой энергии зависит от начального положени поршней гидрсцилиндров 6 - 8, которое регулируетс начальнымDepending on the type of loading, the piston cavities of the hydroscheys 6-8 apply pressure to the upper or lower (according to the drawing) cavities with the valves 18-21 closed. Thus, the sample 23 is supposed to be loaded by stretching, therefore, when the valve 15 is closed, through the valve 14, the hydraulic cylinder 6 is supplied with fluid from station 11 and the sample 23 is stretched to a predetermined force. The valve 14 is then closed and, in the same way, the sample 24 is bent by compression, the sample 25 is compressed, applying pressure to the lower cavities according to the drawing corresponds to the hydraulic cylinders 7 and 8. When the pistons of these hydraulic cylinders are pressurized, energy is stored in the cavity. into which fluid is supplied, and the volume of this energy depends on the initial position of the pistons of the hydraulic cylinders 6 to 8, which is regulated by the initial

При создании разности нагрузок наWhen creating a load difference on

положением захватов 22 с помощью гаек.го образцах 23-25 каждый из образцов на26 . Одновременно происходит сжатие жидкости, заполн ющей вторую полость каждого гидроцилиндра 6 - 8 за счет смещени поршней при деформации образцов 23-25 и жидкости, заполн ющей 15 одну из полостей гидроцилиндра 4. После достижени заданных условий на образцах 23-25, определ емых требу-е- мой по задаче разностью нагрузок на них, вентили 14 и 15 закрывают, и да- 0 льнейшее нагружение образцов 23-25 производ т совместно с помощью гидроцилиндра 4 накопител энергии, подава жидкость через вентиль 16 или 17. При достижении заданных усилий на 25 образцах 23-25 дальнейшую работу ведут в зависимости от задач испытаний. Так, при испытании в режиме сн ти нагрузки с одного из образцов устанавливают гайку 10 в положение, обес-30 печивающее заданное изменение нагруз- -ки на данном образце, и открывают соответствующий вентиль, сообщающий полость гидроцилиндра со сливной ыаИружают отдельно путем подачи жидкости в соответствующие полости гидроцилиндров 6-8 аналогично описанному. При совместном дальнейшем нагружении всех образцов с помощью гидроцилиндра 4 закрывают вентили 20 и 21, а жидкость подают через вентиль 16 или 17 в зависимости от знака изменени нагрузки на образце. Так, при создании сжимающей нагрузки на системе образцов 23-25, когда траверса 3 перемещаетс вверх, жидкость подают через вентиль 17. В момент достижени заданных усилий ограничитель хода поршн 5 устанавливают в положение, обеспечивающее требуемую порцию энергии, и открывают вентиль 20. Происходит снижение давлени в верхней полости гидроцилиндра 4, энерги жидкости нижней полости передаетс на траверсу 3 и пригружает группу образцов 23-25. При создании раст гивающей нагрузки давление создают через вентиль 16, аthe position of the grips 22 with the help of the nut. 23-25 samples each of the samples on 26. At the same time, the fluid filling the second cavity of each hydraulic cylinder 6-8 is compressed due to displacement of the pistons during deformation of specimens 23-25 and the liquid filling 15 one of the cavities of the hydraulic cylinder 4. After the specified conditions on specimens 23-25 are reached, the required The problem is the difference in the loads on them, the valves 14 and 15 are closed, and even the loading of samples 23–25 is performed together with the help of the hydraulic cylinder 4 of the energy storage unit, supplying fluid through the valve 16 or 17. When the specified forces reach 25 samples 23-25 distance eyshuyu work is carried out depending on the test objectives. So, when testing in the mode of removing the load from one of the samples, the nut 10 is set to the position that provides the specified load change on the sample, and the corresponding valve is opened, informing the cylinder of the hydraulic cylinder with the discharge valve. cavity of hydraulic cylinders 6-8 as described. When all the specimens are further loaded together with the help of hydraulic cylinder 4, valves 20 and 21 are closed, and fluid is supplied through valve 16 or 17, depending on the sign of the load change on the sample. So, when creating a compressive load on the system of samples 23-25, when the yoke 3 moves up, the fluid is fed through the valve 17. At the moment when the specified forces are reached, the stroke of the piston 5 is set to the position providing the required portion of energy and the valve 20 is opened. the pressure in the upper cavity of the hydraulic cylinder 4, the energy of the liquid in the lower cavity is transferred to the yoke 3 and loads the group of samples 23-25. When creating a tensile load, pressure is created through valve 16, and

„ „ .сброс производ т через вентиль 21.The „„. Reset is performed via valve 21.

гистралью 13. Например, при необходи-35 после пригружени довод т давление в13, for example, when the 35 is required, the pressure is adjusted to

полости сброса до первоначального, освобождают стопорную гайку 10, продолжают нагружение до следующего уровн нагрузок и пригружение повтор ют. Таким образом довод т группу образцов 23-25 до разрушени и определ ют слабейшее звено в группе, характер ее разрушени . Опыты при повторени х провод т при иных соотношени х нагрузок в видах напр женного состо ни the cavity of the discharge to the original, release the locking nut 10, continue loading to the next level of load and the loading is repeated. Thus, the group of samples 23-25 is brought to destruction and the weakest link in the group is determined, the nature of its destruction. Experiments with repetitions are carried out with different ratios of loads in the form of stress

мости снизить раст гивандцутз нагрузку на образце 23 открывают вентиль 18, при этом происходит падение раст гивающей нагрузки и соответствующее падение нагрузки на образцах 24 и 25. 40 При открытии вентил 19 происходит прирост раст гивающей нагрузки на образце 23 за счет снижени давлени в нижней полости гидроцшшндра 6 и прирост сжимающей нагрузки на образцах 45 24- И 25. Регис.трируют изменени на испытуемых образцах 23-25, при закрытых вентил х 18 и 21 восстанавливаютIn order to reduce the tension of the load on the sample 23, the valve 18 is opened, and the tensile load drops and the corresponding load drops on the samples 24 and 25. 40 When opening the valve 19, the tensile load increases on the sample 23 by reducing the pressure in the lower cavity of the hydraulic circuit. 6 and the increase in compressive load on samples 45 24- and 25. Registrate changes on test samples 23-25, with valves 18 and 21 closed, they restore

в соответствии с реальными вариантами оаботы элементов в призабойной зоне.in accordance with the actual options for working elements in the bottomhole zone.

Дл проведени пригрузки со сторосиловую позицию, существующую до пригрузки , и повышают нагрузку до следу-50 ны нагружающей системы в динамическом ющего уровн с последующим повторени- режиме нагружени устанавливают пружи- ем сброса усили на одном из образцов . Действу таким образом, подход т к пределу прочности одного из образцов и наблюдают за характером разру- 55 пружину 27 сжимающей или раст гиваю- шени группы образцов. После этого щей нагрузками. Затем нагружают каждыйTo carry out the supply from the force-force position existing before the load, and increase the load to the next -50 loading system at the dynamic level with subsequent repetition — the loading mode is set with a force release spring on one of the samples. Acting in this way, one approaches the ultimate strength of one of the specimens and observes the nature of the destruction of the spring 27 of the compressive or stretching group of specimens. After that, shea loads. Then load each

ну 27. До начала индивидуального нагружени образцов путем подачи жидкости через вентили 16 и 17 деформируютWell 27. Prior to the start of individual loading of the samples, by supplying fluid through the valves 16 and 17, they deform

опыты повтор ют, но с иной начальной разностью нагрузок на образцах, при иных видах нагрузки на образцах, соотвётствующим образом подбира йЪве- стные конструкции захватов 22.the experiments are repeated, but with a different initial difference in loads on the samples, with other types of loads on the samples, and in an appropriate way, selecting the true design of the grips 22.

Дл проведени пригрузки со стороны накопител энергии при сравнительно медленных скорост х нагружени близких к стандартным прессовым скорост м , пружину 27 не используют и поступают следующим образом.To carry out the supply from the side of the energy storage device at relatively slow loading speeds close to the standard press speeds, the spring 27 is not used and proceeds as follows.

образцах 23-25 каждый из образцов наИружают отдельно путем подачи жидкости в соответствующие полости гидроцилиндров 6-8 аналогично описанному. При совместном дальнейшем нагружении всех образцов с помощью гидроцилиндра 4 закрывают вентили 20 и 21, а жидкость подают через вентиль 16 или 17 в зависимости от знака изменени нагрузки на образце. Так, при создании сжимающей нагрузки на системе образцов 23-25, когда траверса 3 перемещаетс вверх, жидкость подают через вентиль 17. В момент достижени заданных усилий ограничитель хода поршн 5 устанавливают в положение, обеспечивающее требуемую порцию энергии, и открывают вентиль 20. Происходит снижение давлени в верхней полости гидроцилиндра 4, энерги жидкости нижней полости передаетс на траверсу 3 и пригружает группу образцов 23-25. При создании раст гивающей нагрузки давление создают через вентиль 16, аSamples 23-25. Each of the samples is separately separated by supplying fluid to the corresponding cavities of the hydraulic cylinders 6-8 similarly to that described. When all the specimens are further loaded together with the help of hydraulic cylinder 4, valves 20 and 21 are closed, and fluid is supplied through valve 16 or 17, depending on the sign of the load change on the sample. So, when creating a compressive load on the system of samples 23-25, when the yoke 3 moves up, the fluid is fed through the valve 17. At the moment when the specified forces are reached, the stroke of the piston 5 is set to the position providing the required portion of energy and the valve 20 is opened. the pressure in the upper cavity of the hydraulic cylinder 4, the energy of the liquid in the lower cavity is transferred to the yoke 3 and loads the group of samples 23-25. When creating a tensile load, pressure is created through valve 16, and

Дл проведени пригрузки со стороны нагружающей системы в динамическом режиме нагружени устанавливают пружи- пружину 27 сжимающей или раст гиваю- щей нагрузками. Затем нагружают каждыйIn order to carry out the loading from the side of the loading system in a dynamic loading mode, the spring 27 is set by compressive or tensile loads. Then load each

ны нагружающей системы в динамическом режиме нагружени устанавливают пружи- пружину 27 сжимающей или раст гиваю- щей нагрузками. Затем нагружают каждыйThe loading system in the dynamic loading mode installs the spring 27 with compressive or tensile loads. Then load each

из образцов 23-25 поочередно как и в предьщущих режимах до заданного уровн нагрузок. Открьтают вентиль 20,from samples 23-25 alternately as in the previous modes up to a given level of loads. Open the valve 20,

если пружина 27 до опыта была сжата, или вентиль 21, если пружина была раст нута , и при падении давлени в соответствующей полости происходит на- гружение группы образцов 23-25 со ско ростью, определ емой или скоростью течени жидкости, или скоростью выпр млени пружины 27 в зависимости от того, кака из этих скоростей меньшеif spring 27 was compressed prior to the experiment, or valve 21, if the spring was stretched, and when the pressure in the corresponding cavity drops, sample groups 23–25 are loaded with a speed determined by either the flow rate of the fluid or the spring rectification speed 27 depending on which of these speeds is less

Таким образом, нагружение группы образцов 23-25 идет со скоростью, равнбй скорости пригрузки в предыдущем режиме, но отличие этого режима состоит в том, что пружина 27 имеет больший запас энергии, чем жидкость, и способна выполнить весь процесс на- гружени с высокой скоростью, значительно большей, чем скорость нагруже- ни в предьщущем режиме.В этом режиме осуществл етс однократное нагружение группы образцов 23-25 до разрзпиени , при этом каждый образец в группе предварительно нагружен индивидуальной нагрузкой.Thus, loading of the group of samples 23–25 proceeds at a speed equal to the loading speed in the previous mode, but the difference of this mode is that the spring 27 has a greater supply of energy than the liquid, and is capable of performing the entire loading process at high speed significantly higher than the loading rate in the previous mode. In this mode, a single load of sample group 23–25 is performed until disintegration, with each specimen in the group being preloaded with an individual load.

Измен соотношение начальных нагрузок на образцах, изучают характер разрушени группы образцов при однократном нагружении. Объем передаваемой энергии определ етс степенью предварительного сжати пружины 27, ее характеристикой жесткости, положением ограничител хода поршн 5, а также индивидуальными объемами запасенной энергии на дополнительных гидроцилиндрах 6 - 8.Changing the ratio of the initial loads on the samples, they study the nature of the destruction of the group of samples under a single load. The volume of energy transferred is determined by the degree of pre-compression of the spring 27, its stiffness characteristic, the position of the stroke limiter of the piston 5, as well as the individual volumes of stored energy on additional hydraulic cylinders 6-8.

Claims

1. Installation for strength tests of a group of material samples, 40

containing a base with struts, a traverse mounted on racks that can be moved, grips for samples, an energy storage device in the form of a hydraulic cylinder with a piston installed between the base and the traverse, and a pumping station with pressure and drain lines, characterized in that expanding technological capabilities by providing a study of the effect of the energy exchange of a group of samples on their strength properties in the pre-limiting and transcendental stages of deformation, it is equipped with additional hydraulic cylinders double-sided operation according to the number of specimens mounted on the traverse and connected with rods with grippers and stroke limits of the pistons of all hydraulic cylinders; the piston of the hydraulic cylinder of the energy storage device is installed with the possibility of providing a bilateral action and connected by means of a rod with a traverse; executed in the form of frames installed on the ends of hydraulic cylinders cases and lock nuts mounted on the rods of these hydraulic cylinders, and the cavities of hydraulic cylinders are communicated between valves with pressure and drain lines.

2. Installation according to claim 1, characterized in that, in order to study energy exchange in a dynamic loading mode, it is provided with an additional energy storage in the form of a spring installed between the base and the crosshead.