Способ измерения механических напряжений в моделях из эквивалентных материалов

 

„„SU„„3132017 А

CON3 СОВЕТСНИХ IIICltll

РЕСПУБЛИК з Е 21 С 39/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И, 01 НРЬП ИЙ

Й".:-

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ""

К ABTOPCHOMV CO V

Я

Ъ (21) 3643251/22-03 (22) 16.09.83 (46) 30.12.84. Бюл. Р 48 (72) Ю.И.Протасов, И.П.Зборщик, Е.И.Назимко и В.В.Назимко (») Донецкий ордена Трудового

Красного Знамени политехнический институт (53) 620.162.4.05:622.23.02(088.8) (56) 1. Кузнецов Г.H. и др. Иоделирование проявлений горного давления. Л., "Недра", 1968, с.149-150.

2. Авторское свидетельство СССР

В 881318, кл. E 21 С 39/00, 1978 (прототип). (54) (57) СПОСОБ ИЗИЕРЕНИЯ ИЕХАНИЧЕС

КИХ НАПРЯЖЕНИЙ В ИОДЕЛЯХ ИЗ ЭКВИВАЛЕНТНЫХ ИАТЕРИАПОВ, эакхпочающийся в тарировке чувствительных участков модели и определении величины механических напряжений по изменению электрического сопротивления эквивалентного материала на исследуемых участках, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений механических напряжений, нроиэводят объемное насыщение исследуемых чувствительных участков модели полупроводящнм веществом.

1 11320

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано для измерения механических напряжений в моделируемом с помощью эквивалентных материалов массиве горных пород.

Известен способ измерения механических напряжений в модели из экви-, валентных материалов, заключающийся в том, что во время закатки внутри модели закладываЬт оттарированные тензометрические датчики, имеющие электрические выводы, а при отработке модели измеряют сопротивление тензометрических датчиков, по которому судят о напряжениях в модели .Ц .

Недостатком данного способа является значительная погрешность измерений из-за больших размеров датчиков и отличия упругих свойств матери. ала датчика и эквивалентного материала. Заложенный внутри модели датчик концентрирует напряжения вокруг себя, искажая результаты измерений на 30 вЂ,607.

Наибодее близким к предлагаемому по технической сущности является способ измерения механических напряжений в моделях из эквивалентных материалов, заключающийся в тарировке чувствительных участков модели и

30 определении величины механических напряжений по изменению электрического сопротивления эквивалентного материала на исследуемых участках 121. . Недостатком способа является низ" кая точность измерения напряжений, обусловленная электрической взаимосвязью всего тела модели в целом. Испытания способа свидетельствуют, что показания прибора, измеряющего электросопротивления на отдельных участках массива, почти не зависят от местоположения точки измерения. Такое положение закономерно и объясняется основами электротехники. Поскольку вся модель выполнена из токопроводя- 4» щего материала и монолитна, ее можно представить в виде последовательно-параллельного соединения бесконеч. ного числа резисторов. Однако в этом случае изменение номинала любого из полупроводящих элементов приводит согласно закону Ома-Кирхгофа к из" менению номинала остальных цепей, т.е. при всем желании мы не можем измерить сопротивление отдельного, участка в чистом виде. На измерения будут влиять примыкающие области модели, что приводит к путанице и

17 Ъ снижению точности на 40 — 607. ° Особенно сильное взаимовлияние сказывается при измерении вблизи областей повышенного сжатия (высоких механических напряжений), так как измеряемый ток всегда будет стремиться в область низкого сопротивления, обусловленного сильным механическим сжатием.

Цель изобретения — повышение точности результатов измерения механических напряжений.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу измерения механических напряжений в моделях из эквивалентных материалов, заключающемуся в тарировке.чувствительных участков модели и определении величины механических напряжений по изменению электрического сопротивления эквивалентного материала на исследуемых участках, производят объемное насыщение исследуемых чувствительнык участков модели нолупроводящим веществом.

На фиг.1 изображен плоский стенд с закатанным эквивалентным материалом; на фиг.2 — фрагмент модели с .электроосмотическим насыщением чувствительного элемента проводящим веществом.

П р и и е р 1. В объемный стенд размером 1000<800х700 мм укладывают слоями толщиной 5 мм каждый инертную смесь эквивалентного материала, состоящую на 98,57 из кварцевого песка, 1,07 канифоли и 0,5Х парафина после предварительного ее подогрева до 170 С. После закатки о

20-го слоя равномерно укладываютв шахматном порядке 80 пластинок из латунной фольги площадью по 25 мм, имеющих электрические выводы из стенда. Затем закатывают 21-й слой

as того же инертного материала и после его застывания участок над каждой пластиной из латунной фольги насыщают раствором проводящего вещества, капая из капельницы по

10 капель (например, 257.-ный раствор графита в NaOH). Именно этот участок, будет исследуемья. После этого на 21-й слой над каждой пластиной латунной фольги 20-го слоя укладывают такие же (парные) пластинки с электрическими выводами и закатывает оставшиеся 449 слоев из инертного материала, а сверху устанавливают невмобаллоны,соединенные

3 1132 с компрессором. Затем после застывания модели включают компрессор и создают давление в пневмобаллонах от 0,01 до 0,3 ИПа, т.е. нагружают модель. Предлагаемым способом изготавливают образец из одного слоя

5 площадью 400 мм и с одной парой латунных пластинок, тарируют его, измеряя зависимость электросопротивления от механической нагрузки, изменяемой от 0,1 до 0,5 ИПа. В результате в указанном диапазоне давлений тарировки получают зависимость

Я =90-12,5 б ., где Р— сопротивлейие чувствительного участка, Ом; б — давление, ИПа. При отработке модели измеряют электросопротивление чувствительных элементов между каждой парой латунных электродов и по тарировочной зависимости определяют механические напряжения в модели на уровне 21-го слоя.

Пример 2. В плоский стенд размерами 1800>1400<160 мм закатывают слоями 2 толщиной по 10 мм инертную смесь 3, состоящую из

98 вес.X кварцевого песка и 2 вес.Х игдантина (фиг. 1) . При эакатке 40-го и 80-ro слоев 2 поперек толщины модели 3 обрабатывают раствором ПАВ типа T-66 десять полосок 4 шириной

10 мм каждая. После окончательной закатки модели 3 устанавливают пневиобаллоны 5, соединенные с компрессором (не показан). Затем с помощью капельницы 6 насыщают каждую иэ полосок 4 эмульсией полупроводящего порощка (например, водной эмульсией двуокиси марганца), используя эффект капиллярного всасывания и эффект снижения поверхностного на- 40 тяжения. После этого на противоположных торцах 7 и 8 каждой из полосок 4.устанавливают токоотводящие электроды 9 и 10. Прн отработке модели механические напряжения измеряют45 путем фиксации изменения электросопротивления полосок 4, заранее оттарировав их известной нагрузкой.

Пример З.В плоский стенд 1 (фиг.1) закатывают послойно инертную смесь 3, состоящую из 97Х кварцевого песка, 1,2Х гипса, 0,8 Ж талька и 1Х воды. После полного высыхания смеси 3 через 20 сут. к противоположным точкаи 11 и 12 модели 3 (фраг-. мент на фиг.2) подводят металлическую капельницу 13 и электроды 14 и

017 4

15. Капельницу 13 наполняют ионным раствором проводящей жндк6сти (например, ЗХ-ным раствором соляной кислоты в воде), а к электродам 14 и 15 подключают постоянное напряжение +36 и -36 В. Используя явление электроосмоса, насьпцают чувствительный объем 16 модели З.проводящей жидкостью (процесс насыщения заканчивают через 10-12 ч при достижении максимального тока насьпцения).Измерение механических напряжений в модели 3 производят путем фиксации изменения электросопротнвления чувствительных объемов 16, предварительно оттарировав их известной нагрузкой. Причем в качестве измерительного тока удобно использовать ток насыщения..Для того, чтобы инертный материал модели не оказывал шунтирующего действия на чувствительные элементы модели, подготовленные указанными спо- собаии, необходимо добиваться, чтобы удельное электросопротивление этих элементов было меньше удельного элек-. тросопротивления инертного материала не менее чем на порядок.

Для выделения направления, по которому преимущественно измеряется напряжение, необходимо чувствительный элемент формировать нлоскии и ориентировать его перпендикулярно к вектору измеряемого нормального напряжения.

При объемном насыщении участка модели полупроводящии веществом удобно использовать также явление электрофореза, т.е. явление перемещения твердых частиц в растворе через пористую перегородку под действием электрического поля. Для этого можно использовать в качестве насыщаю» щего флюида суспензию графита в растворе ДБ.

Изобретение повышает точность измерения механических напряжений в массиве модели в 2 - 3 раза путем ,устранения взаимовлияния (шунтирующего действия) прилегающих к чувствительному элементу участков. Бла» годаря увеличению точности измерения механических напряжений повьппается достоверность результатов моделирования на 50 — 60X, что обеспечивает более обоснованный выбор параметров разработки месторождений. Так,вслед

Э 1132017 d ствие повмвения точности определения предлагаемого измерения напряжений степени концентрации опорного дав- увеличивается достоверность прогноза ленин на 30-40Х при использовании . горных ударов.

Составитель Г.Алексеева

Редактор Ю.Ковач Техред Т.Фанта Корректор О.Луговая

Заказ 9736/27 Тираж 564 Подписное

ВНИИПИ Государственного, комитета СССР но делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r, Ужгород, ул. Проектная, 4