27.03.2020
Один из самых популярных видов по типу установки – это подвесная раковина. Она монтируется прямо к стене при помощи специальных...


27.03.2020
Деревянные дома часто повреждаются от повышенной влажности, поэтому домовладельцы вынуждены иногда ремонтировать фундамент здания....


26.03.2020
Полноценную жизнь современного человека уже невозможно представить без использования гаджетов. Ноутбуки и смартфоны, планшеты и...


25.03.2020
Сегодня колодцы — это самый распространенный источник воды в загородном водоснабжении дачных участков и частных домов. А чтобы...


25.03.2020
В последнее время жители крупных городов начали менять свое отношение к гламуру. В моду пришло спокойствие, размеренность,...


25.03.2020
Русский язык не зря называют богатым – в нем более двухсот тысяч слов. Однако среднестатистический россиянин активно использует в...


Методика и аппаратура для испытаний горных пород при различных скоростях нагружения и видах напряженного состояния

12.11.2019

Для разработки практических рекомендаций решения разнообразных инженерных задач, получения научных результатов в области динамики горных пород требуется еще накопление фактического материала и его теоретическое обобщение.

Известно, что стандартные методы изучения поведения пород как при динамическом нагружении, так и объемном напряженном состоянии отсутствуют. Требуют своего развития методы, позволяющие реализовать условия высокоскоростного нагружения и объемного напряженного состояния.

Поэтому ставились задачи разработки методик и комплекса аппаратуры для динамического нагружения образца породы при его трехосном, неравномерном сжатии, а также устойчивой регистрации компонент тензоров напряжений и деформаций и их изменения во времени.

Изучение поведения пород под воздействием нагрузок с различными скоростями деформации в условиях объемного напряженного состояния невозможно без применения специального экспериментального комплекса, а также обоснованных методик испытаний для получения характеристик свойств пород, определяющих их сопротивляемость деформированию и разрушению в разнообразных пространственно-временных условиях.

Диапазон исследований выбран с учетом условий, встречающихся в горном деле и включает: виды напряженного состояния в области трехосного неравномерного сжатия типа о1 > о2о = о3 = об, варьирование скоростей нагружения от статического интервала (10в-5/10в-3) с-1 до динамического (высокоскоростного) 10в3 с-1, т.е. около 9 десятичных порядков.

Для испытаний при скоростях осевого статического нагружения использована разработанная ранее установка к испытательной машине типа ЦДМ-100Пу,


Камера высокого давления установки (рис. 5.1) состоит из основания 1, соединенного болтами 2 с корпусом 3, внутри которого помещены нижний захват-пуансон 4 и верхний захват-шток 5, жестко соединенные с образцом горной породы 6 эпоксидной смолой. На внешней поверхности корпуса 3 камеры укреплен болтами 7 через крышку 8 токоввод 9 для подсоединения проводов от тензодатчиков, наклеенных на испытуемом образце 6, и клапан 18 для слива жидкости при раэборе камеры.

В верхней части камеры установлены воздушные клапаны 10, 11 для выпуска воздуха из масляных полостей низкого и высокого давлений и помешен промежуточный цилиндр 12. по внешней поверхности которого перемещается поршень 13, а по внутренней — упор (тензометрический динамометр) 14, связанный с верхним захватом-штоком 5 и раскрепленный винтом 15. На тензометрическом динамометре 14 размещены опорная сфера 16 и токосъемник 17 для крепления проводов от тензодатчиков, фиксирующие приложенные к испытуемому образцу нагрузки.

Нижний захват-пуансон 4 имеет заплечики, которыми он с одной стороны упирается в корпус 3 камеры, с другой — на сферический пуансон 19 и основание 1. Растягивающие усилия воспринимаются заплечиками опорного захвата-пуансона 4. Сжимающие усилия передаются через испытуемый образец 6 и нижний опорный захват-пуансон 4 на сферический пуансон 19 и основание 1. Сферический опорный пуансон 19 компенсирует возможную некоторую неперпендикулярность торца захвата-пуансона 4 при установке его в корпусе камеры.

Верхний захват-шток 5 имеет стержень с резьбой, который связан с упором 14, являющимся одновременно и тензометрическим динамометром.

Осевое усилие сжатия передается на испытуемый образец от испытательной машины через опорную сферу 16, упор 14 и верхний захват-шток 5, а осевое усилие растяжения — давлением жидкости на поршень 13, упор 14 и верхний захват-шток 5, плотно соединенные резьбой.

Во избежание поломки образца горной породы при навинчивании упора 14 на стержень верхнего захвата-штока 5 в корпусе 3 камеры жестко вмонтирована втулка с зубцами 20, которые при установке в камеру образца 6 горной породы с захватами плотно входят в пазы головки верхнего захвата-штока 5. Благодаря этому устраняется возможность скручивания испытуемого образца.

При подготовке образцов к испытаниям на их боковые поверхности наклеиваются проволочные датчики сопротивления на участке между захватами для измерения продольных и поперечных деформаций. Проводка от тензодатчиков заводится с образцом до установки нижнего захвата-пуансона 4 в корпус 3 камеры и протягивается в окно токоввода 9.

После установки образца 6 в корпус 3 камеры концы проводов от тензодатчиков подпаиваются к электродам токоввода 9, затем токоввод 9 устанавливается в соответствующее отверстие корпуса 3 камеры, закрепляется крышкой 8 и болтами 7. Таким образом, внешняя проводка, идущая к контрольной, измерительной и показывающей аппаратуре, может не отсоединяться от электродов токоввода.

После приготовления образцов горных пород по требуемым линейным размерам и чистоте обработки на них устанавливаются (приклеиваются) тензодатчики сопротивления для измерения продольных и поперечных деформаций, на концах образцов закрепляются металлические захваты. Эта операция производится в специальном устройстве-кондукторе, в котором эпоксидной смолой прикрепляют верхний и нижний захваты к образцу диаметром 42 мм, высотой 145 мм при рабочей базе 65 мм.

Дальнейшая подготовка к испытанию каждого образца состоит в установке его в испытательной камере высокого давления и в подключении каждого тензодатчика к соответствующему тензометрическому прибору.

Методикой также предусматривается испытание на сжатие в условиях объемного напряженного состояния незащемленных (свободных) образцов диаметром 42 мм, высотой 65—84 мм. В этом случае нижний захват 4 и верхний 5 имеют плоские основания.

Подготовленные таким образом образцы устанавливаются в камере высокого давления. При этом проводка от датчиков заводится ранее в канал токоввода при снятой крышке 8 и вынутом токовводе 9. На стержень верхнего захвата 5 навинчивается упор 14 и закрепляется основание 1 камеры болтами 2 Проводка от датчиков подпаивается к вводам коллектора токоввода 9, и токоввод 9 устанавливается в соответствующее отверстие корпуса камеры, поджимается крышкой 8 и крепится болтами 7.

Камера с монтажного стола снимается подъемником, устанавливается и закрепляется на траверсе испытательной машины. Затем камера подсоединяется к насосу высокого давления и в нее подается требуемое давление, соответствующее всестороннему боковому давлению на образец горной породы в пределах 0/150 МПа.

При одном из данных боковых давлений и принятых ориентировочных скоростях нагружения с, равных 0,001; 0,01; 0,1; 1; 10; 100 и 1000 МПа с-1, испытывают не менее трех образцов каждой разновидности горных пород с измерением их продольных и поперечных деформаций с помощью проволочных датчиков сопротивления через усилитель ТА-5 с записью на ленту шлейфового осциллографа Н-700, при одновременном измерении приложенного осевого усилия к образцу через тензометрический динамометр, предварительно протарированный по усилию и деформации.

Расчет из осциллограмм относительных продольных и поперечных деформаций образца производится по формуле
Методика и аппаратура для испытаний горных пород при различных скоростях нагружения и видах напряженного состояния

где еизм — величина измеренной относительной деформации; ек — предел измерения усилителя, отн. ед.; Sд — чувствительность датчиков сопротивления; Ai — амплитуда записи измеряемого процесса, 10в-3 м; Ак — амплитуда записи контрольного сигнала, 10в-3 м.

Истинная деформация образца в условиях объемного напряженного состояния принимается с учетом поправки ед/е = еизм—ед, где ед — деформация проволоки датчика под действием бокового давления об (в МПа), определена из специальных опытов как ед = 1,75*10в-6 об.

Для динамических испытаний в условиях объемного напряженного состояния применена методика составного стержня, обоснованная в исследованиях, а также аппаратура, разработанная и созданная в ИГД им. А.А. Скочинского.

Аппаратура включает камеру высокого давления для испытания цилиндрического образца крепкой горной породы в условиях объемного напряженного состояния при осевом динамическом нагружении его торца через входной динамометр-волновод действием удара пули, разгоняемой энергией сжатого газа.

Цилиндрический образец горной породы, предназначенный для испытаний на сжатие, предварительно жестко соединяется торцевыми поверхностями со смежными захватами — передним и задним волноводами — эпоксидной смолой типа ЭД-6. Операция производится в специальном приспособлении — кондукторе, обеспечивающем соосность системы образец—волноводы.

В целях соблюдения идентичности условий на торцах при статических и динамических испытаниях образцов горных пород на одноосное сжатие и сжатие в объемном напряженном состоянии принято одинаковое крепление торцов. При этом сделано допущение, что волновая картина в свободной (расчетной) части образца не искажается.

Производится подготовка камеры высокого давления для проведения испытаний; внутрь камеры устанавливается образец с наклеенными на нем датчиками сопротивления, выводятся провода от датчиков испытуемого образца, переднего и заднего волноводов и подсоединяются к измерительной аппаратуре. Tоковводы закрепляются на корпусе камеры, камера запирается крышкой и подтягивается гайками. Камера заполняется маслом требуемого давления от масло-станции высокого давления, одновременно производится спуск воздуха посредством воздухо-спускных клапанов.

В зависимости от типа образца горной породы (его прочности) выбирается давление газа, вес и конструкция пули, производится сборка пулевой и газовой камер, установка сменных упоров с обтюраторами, и гайкой запирается ствол. Подсоединяется камера высокого давления, вся измерительная система приводится в готовность, затем открывается быстродействующий клапан газовой установки и происходит удар пули по переднему входящему волноводу.

Камера высокого давления (рис. 5.2) предназначена для проведения испытаний образцов крепких горных пород при объемном статическом напряженном состоянии и осевом динамическом нагружении на сжатие.

В корпусе 1 устанавливается образец горной породы 2 с передним захватом — волноводом 3 и задним 4, предварительно сцентрированные по оси с образцом и скрепленные между собой эпоксидной смолой в специальном устройстве. Образец 2 с захватами-волноводами вставляется в расточку корпуса 1 камеры, где центрируются по диаметру переднего захвата 3. Провода от тензодатчиков при сборке заводятся предварительно через боковое отверстие камеры (на рис. 5.2 не показано), подпаиваются к контактам токоввода с внешней стороны и токоввод крепится к корпусу камеры. Провода, идущие к контрольно-измерительной аппаратуре, также подпаиваются к контактам токоввода с внешней стороны.

Далее заводится в камеру сборка, состоящая из деталей: сферической шайбы 5, цангового держателя 6, заднего волновода 7 с наклеенными на нем датчиками, опорной втулки 8 со специальными комбинированными уплотнениями. Втулка 8 имеет токоввод для подпайки проводов от датчиков, расположенных на волноводе 7.

Образец 2 с передним волноводом 3 и сборкой 5, 6, 7, 8 плотно поджимается гайкой 9 с целью выбора зазоров. Резьба гайки 9 одновременно предохраняет от разрушения образец 2 при установке крышки 10 и затяжке ее болтами.

На переднем захвате — волноводе 3 образца 2, обращенном к стволу газовой установки, также установлен тензодатчик. Провода от этого датчика выводятся через фрезеровку в корпусе 1 камеры и Далее защищаются кембриковой трубкой I! от действия газов. Утолщенная шлицеобразная часть переднего захвата-волновода 3, обращенная к газовой установке, вместе с конической втулкой 12 образуют гидротормоз в момент разрушения образца, благодаря наличию между ними масла. Для разгрузки камеры, гашения энергии и исключения повышения давления масла в момент разрушения образца на корпусе 1 установлена уширительная камера 13.

Камера устанавливается на катках 15, оси которых связаны с двумя амортизаторами 16 с резиновыми вкладышами. Амортизаторы 16 закреплены ка металлическом стволе 17, на которой катками опирается камера высокого давления и газовая установка.

Направляющий фланец 13 связывает ствол газовой установки с камерой высокого давления и центрирует ось ствола установки с осью образца. Между стволом и камерой установлена вставка — обтюратор 19 с окнами для выхода газов. Эта вставка служит для центровки пули до момента удара в торце переднего волновода. Кроме того, она устраняет опережение пули газами в момент удара ее по волноводу. Газы, уходящие через окна обтюратора 19, попадают в кольцевое пространство между направляющим фланцем 18 и обтюратором 19 и выходят через окна направляющего фланца в атмосферу.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий:
Информационный некоммерческий ресурс fccland.ru © 2019
При цитировании и использовании любых материалов ссылка на сайт обязательна