Способ моделирования внутренних напряжений в образцах и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к технике испытаний материалов, в частности к моделированию и изучению сложнонапряженного состояния на образцах .горных пород. Цель изобретения - приближение условий моделирования к натурным . Образец 3 размещают между плита-,, ми 1, 2 источника нагружения. Средства для бокового нагружения образца 3 вьшолнены в виде источника давления и сообщенных с ним гидравлических трансформаторов 4. Каждый из последних включает Л-образный жесткий каркас (К), воспринимающие мембраньГ (М) 6, 7 и рабочую И 8, образующие второй П-образный упругоэластичньй К. Первый К расположен в плоскости. перпендикулярной перемещению плит 1, 2, а второй К повернут по отношению к первому К на угол 90. Соотношение площадей М 8 и 6 не менее чем 1:1,1. Размещают М 8 с зазором относительно граней образца 3, составляющим 1-80% от разру1лающей деформации образца при одноосном нагружении. Перемещением плит 1, 2 создают в образце боковой распор, соответствующий 30-80% действующих в натуре масштабных напряжений . Одновременно создают боковое противодавление за счет трансформации жидкости, т.е. за счет сжатия плитами 1, 2 М 6, 7 и вытеснения жидкости к М 8, воздействуя этим на боковые грани образца 3. При дальнейшем сближении плит 1, 2 проводят трехосное нагружение образца 3, регулируя нагружение по осям за счет трансформации жидкости. Коэффициент трансформации КТР определяют из соотношения КТР F-A-Sg /SpH, где F - усилие источника нагружения; А - прочностные свойства образца 3; - площадь контакта воспринимающая М 6 или 7 - плита 1 или 2; S р - площадь контакта М 8 - грань образца 3.. 2 с.п. ф-лы, 4 ил. (Л 1 со ю со 00

,4, r " * ="« т (t!g ».

L="- ;

СОЮЗ СОБЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (51) 4 G 01 N 3/10//Е 21 С 39/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

7111!.!т.:. А

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3 949921 /22-03; 3 967866/2 2-03 (22) 29.08.85 (46) 23.10.88. Бюл. 1"- 39 (71) Институт физики Земли к!. 0,10.111мидта (7 2) M.È. 1!1по ркин (53) 620.173 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР Р 563594, кл. G 01 П 3/08, 1976.. (54) СПОСОБ МОДЕЛИРОВАНИЯ ВНУТРЕННИХ

НАПРЯЖЕНИЙ В ОБРАЗЦАХ И УСТРОЙСТВО

ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к технике испытаний материалов, в частности к моделированию и изучению сложнонапряженного состояния на образцах горных пород. Цель .изобретенйя — приближение условий моделирования к натурным . Образец 3 размещают между плита-. ми 1, 2 источника нагружения. Средства для бокового нагружения образца

3 выполнены в виде источника давления и сообщенных с ним гидравлических трансформаторов 4. Каждый из последних включает Л-образный жесткий каркас (К), воспринимающие мембраны (М) 6, 7 и рабочую И 8, образующие второй П-образный упругоэластичный

К. Первый К расположен в плоскости, „„SU„„1432380 А1 перпендикулярной перемещению плит 1, 2, а второй К повернут по отношению к первому К на угол 90 . Соотношение площадей М 8 и б не менее чем 1:1,1.

Размещают М 8 с зазором относительно граней образца 3, составляющим 1-80% от разрушающей деформации образца при одноосном нагружении. Перемещением плит 1, 2 создают в образце боковой распор, соответствующий 30-80% действующих в натуре масштабных напряжений. Одновременно создают боковое противодавление за счет трансформации жидкости, т.е. за счет сжатия плитами 1, 2 М 6, 7 и вытеснения жидкости к М 8, воздействуя этим на боко- Я вые грани образца 3. При дальнейшем сближении плит 1, 2 пров одя т т рехосное нагружение образца 3, регулируя нагружение по осям за счет трансформации жицкости. Коэффициент транс- ф формации К определяют из соотноше1ииб ния Ктр = F A Бь!,/Вр!, rye F ycu лие источника нагружения; А — прочностные свойства образца 3; Б ц С4 площадь контакта воспринимающая М 6 К) или 7 — плита 1 или 2; S — площадь ф4 контакта М 8 — грань образца 3. 90

2 с.п. ф-лы, 4 ил, 4Р

1432380

Изобретение относится к технике испытаний материалов, в частности к моделированию и изучению сложнонапря- женного состояния на образцах горных пород, и может быть использовано для изучения устойчивости.. горных пород, процессов, предшествующих разрушению, и прогноза сейсмических явлений. 10

Цель изобретения — приближение условий моделирования к натурным.

На фиг. l показано устройство для генерации внутренних напряжений в образцах;.на фиг,2 — гидравлический 15 трансформатор, вид спереди; на фиг.3 и 4 — то же, вид сбоку.

Устройство содержит источник (не показан) нагружения с жесткими плитами l и 2 для осевого нагружения 20 исследуемого образца 3, средства для бокового нагружения образца 3, выполненные в виде источника (не показан) давления и гидравлических,трансформаторов 4, каждый из которых включает 25

П-образный жесткий каркас 5, расположенный в плоскости, перпендикулярной направлению перемещения плит 1 и 2, две воспринимающие мембраны 6 и 7 и рабочую мембрану 8, образующие второй 30

П-образный упруго эластичный каркас, повернутый по отношению. к каркасу 5 на 90 и соединенный с ним по торцовой поверхности с образованием общей герметичной полости 9, сообщенной с источником давления. Отношение площадей рабочей мембраны 8 и воспринимающей мембраны 6, равной мембране

7, не менее чем 1:1,1.

Воспринимающие мембраны б и 7 взаи-40 модействуют с плитами 1 и 2, а рабочая мембрана 8 с соответствующей гранью образца 3.

Способ моделирования внутренних напряжений в образцах осуществляется 45 следующим образом.

Исследуемый образец 3 горной породы размещают между плитами 1 и 2 источника нагружений и используемыми для бокового нагружения гидравлическими трансформаторами 4, воспринимающие мембраны 6 и 7 которых контактируют с плитами 1 и 2, а рабочие мемб-, раны 8 размещены IIo отношению к боковым граням образца 3 с зазором, составлявшим l-80 от разрушающей дефор» мации образца 3 при одноосном нагружении и обеспечивающим создание первичных вертикальных напряжений. Затем перемещением плит 1 и 2 создают в образце 3 боковой распор, соответствующий 30-80 от действующих в натуре масштаоных напряжений, и одновременно за счет сжатия плитами 1 и 2 воспринимающих мембран 6 и 7 и вытеснения жидкости в полостях 9 к рабочим мембранам 8 воздействуют на боковые грани образца 3, что создает противодавление. При дальнейшем сближении плит 1 и 2 проводят трехосное нагружение образца 3. На определенном этапе нагружения выравниваются (или приближаются к равным) нагрузки по вертикальной (от плит 1,2) и горизонтальным (от трансформаторов 4) осям нагружения. Величина нагрузки выравнивания определяется рядом факторов, учитываемых при олределении коэффициента трансформации

1 тр = F A 8вм/Sr.м где F — усилие источника нагружения;

А — прочностные свойства образца 3;

S℠— площадь контакта воспринимающая мембрана 6 или 7 плита 1 или 2;

Sp„площадь контакта рабочая мембрана 8 — грань образца

3.

После выравнивания давлений исследуемый образец 3 оказывается подверженным воздействию одновременно жесткой части — плиты 1 и 2, и квазижесткой — рабочие мембраны 8 трансформаторов 4, т. е. условиям, приближенным к натурным, где рост одного из главных напряжений приводит к перераспределению нагрузки во всех направлениях.

Так как по площади рабочей и воспринимающих мембран выбраны из соотнощения 1:1,1, система оказывается устойчивой, исключается смещение трансформаторов 4 параллельно плитам I и 2, а, кроме того, при компенсации и выравнивания давления в системе происходит доминирующее перемещение рабочих мембран 8.

При достижении состояния неустойчивого равновесия, предшествующего разрушению образца 3, вертикальная нагрузка уменьшается, а дальнейшее нагружение осуществляется трансформаторами 4. Увеличение нагрузки на боковые грани позволяет регистрировать

K p = F A Sg,и(8аи где F з ) 43238 предвестники разрушения образца 3 гор-, ной породы в закритической зоне на ниспадающей ветви диаграммы разрушения.

Изобретение позволяет упростить процесс моделирования сложного напряженного состояния, а также повышает точность оценки параметров раэгружения благодаря возможности регулирова-1ð ния нагрузки по осям нагружения в системе, обладающей обратной связью.

Формула изобретения

1. Способ моделирования внутреннж< напряжений в образцах, .заключающийся в размещении исследуемого образца между жесткими плитами источника нагружения, перемещающимися вдоль оси образца, и средствами бокового нагружения

20 и создании трехосного напряженного состояния путем перемещения плит, отличающийся тем, что,с целью приближения условий модели25 рования, для бокового нагружения ислользуЮт трансформацию жидкости в замкнутом объеме между воспринимающими и рабочими, мембранами, из которых воспринимающие мембраны взаимодей30 ствуют с плитами, а рабочие - с боковыми гранями образца, перед нагружением образца размещают рабочие мембраны относительно граней образца с зазором, составляющим 1-80% от разрушающей деформации образца при одноос- З5 ном нагружении, затем перемещением плит обеспечивают в образце боковой распор, соответствующий 30-80Х от действующих в натуре масштабных напряжений, после чего создают посредством рабочих мембран противодавление и трехоснае регулируемое нагружение образца проводят эа счет трансформации жидкости между воспринимающими и рабочими мембранами, при этом коэффициент К,трансформации определяют иэ соотношения усилие источника нагружения; прочностные свойства образца; площадь контакта воспринимающая мембрана — плита; площадь контакта рабочая мембрана — грань образца.

2. Устройство для моделирования внутренних напряжений в образцах, содержащее источник нагружения с >кесткими плитами для осевого нагружения образца и средства для бокового нагружения, связанные с плитами, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что средства для бокового нагружения выполнены в виде источника давления:и сообщенных

l с ним гидравлических трансформаторов, каждый из которых включает II-образный жесткий каркас, расположенный в плоскости, перпендикулярной направлению перемещения плит источника нагружения, и две воспринимающие и рабочую мембраны, образующие второй

П-образный упругоэластичный каркас, повернутый по отношению к жесткому каркасу на 90 и соединенный с ним о по торцовой поверхности с образовани-. ем общей герметичной полости, причем . отношение площадей рабочей и воспринимающей мембран не менее чем 1:1,1.

1432380

F пргсса

Р/урессд ( (=

Fnpeccu

Составитель В.Тальвойш

Редактор О.Головач Техред JI,Oëèéíûê Корректор M.(1ароши

Заказ 54>7/35

Тираж 847

Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, r, Ужгород, ул. Проектная, 4