Устройство для изучения физических свойств образца горных пород

 

Изобретение относится к средствам измерения механических характеристик горных пород и может быть использовано для определения этих характеристик на кольцевых образцах. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устройства для измерения модуля упругости и коээфициента Пуассона образцов изотропных материалов со сквозным центральным цилиндрическим отверстием, что достигается введением толстостенной втулки 10 из эластичного материала между внутренней цилиндрической поверхностью кольцевой оболочки 9 из эластичного материала , создающей равномерное обжатие образца, и поверхностью образца 21, установкой внутри корпуса 1 заполненной жидкостью цилиндрической камеры 13 из эластичного материала с выведенной через отверстие 7 в крышке 6 корпуса 1 изогнутой капиллярной трубкой 14, обеспечивающей измерение деформаций внутренней цилиндрической поверхности образца 21, и выполнением измерителя перемещений наружной цилиндрической поверхности образца 21 в виде двух пропущенных через дугообразные прорези в дне корпуса измерительных стержней 11 и 12, изогнутых по цилиндрической поверхности для повышеЁ

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 G 0.1 N 3/10 °

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCKOIVIY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4317321/28 (22) 03.09.87 (46) 07.01.91. Бюл. N. 1 (71) Институт горного дела АН КазССР (72) О.П.Помашев, М.M.Ñàçäûêîâ, P.O.Íóðлыбаев и А.С.Сейдалиев (53) 531.781.2(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N. 602814, кл. G 01 N 3/00, 1977.

Авторское свидетельство СССР и 196432, кл. G 01 N 3/10, 1965. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ ФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ОБРАЗЦА ГОРНЫХ ПОРОД (57) Изобретение относится к средствам из-мерения"механических характеристик горных пород и может быть использовано для определения этих характеристик на кольцевых образцах. Цель изобретения — расширение функциональных возможностей устройства для измерения модуля упругости... Я2,, 1619109 А1 и коээфициента Пуассона образцов изотропных материалов со сквозным центральным цилиндрическим отверстием, что достигается введением 1олстостенной втулки 10 из эластичного материала между внутренней цилиндрической поверхностью кольцевой оболочки 9 из эластичного материала, создающей равномерное обжатие образца, и поверхностью образца 21, установкой внутри корпуса 1 заполненной жидкостью цилиндрической камеры 13 из эластичного материала с выведенной через отверстие 7 в крышке 6 корпуса 1 изогнутой капиллярной трубкой 14, обеспечивающей измерение деформаций внутренней цилиндрической поверхности образца 21, и выполнением измерителя перемещений наружной цилиндрической поверхности образца 21 в виде двух пропущенных через дугообразные прорези в дне корпуса измерительных стержней 11 и 12, изогнутых по цилиндрической поверхности для повыше1619109

15

40

45 ния жесткости и обеспечения контакта по всей площади с наружной поверхностью образца 21 и соединенных с поршнями 16 и 17 заполненного жидкостью гидроцилиндра 15 . с вертикальной мерной трубкои 19, соединенной с его полостью. Использование двух

Изобретение относится к средствам измерения механических характеристик горных пород и может быть использовано для определения этих характеристик на кольце,вых образцах.

Цель изобретения — расширение функциональных возможностей устройства для измерения модуля упругости и коэффициента Пуассона образцов изотропных материалов со сквозным центральным цилиндрическим отверстием — достигается введением толстостенной втулки иэ эластичного.материала между внутренней цилиндрической поверхностью кольцевой оболочки из эластичного материала, создающей равномерное обжатие образца, и поверхностью образца, установкой внутри корпуса заполненной жидкостью цилиндрической камеры из эластичного материала с выведенной через отверстие в крышке корпуса изогнутой капиллярной трубкой, обеспечивающей измерение деформации внутренней цилиндрической поверхности образца, и выполнением измерителя перемещений наружной цилиндрической поверхности образца в виде двух пропущейных через дугообразные прорези в дне корпуса измерительных стержней, изогнутых по цилиндрической поверхности для повышения жесткосги и обеспечения контакта по всей площади с наружной поверхностью образца и соединенных с поршнями заполненного жидкостью гидроцилиндра с вертикальной мерной трубкой, соединенной с его полостью.

На чертеже представлено устройство для изучения физических свойств горных пород, разрез..

Устройство содержит толстостенный цилиндрический корпус 1 с дном 2,.в котором выполнены две диаметрально противоположные дугообразные прорези 3 и 4, закрепленной на болтах 5 на корпусе крышкой 6 с центральным отверстием 7 и штуцером 8 в цилиндрической части корпуса 1, установленную в корпусе 1 и соединенную со штуцером 8 кольцевую оболочку 9 из эластичного материала, предназначенную для взаимодействия своей вйутренней цилиндизмерителей средней деформации внутренней и перемещения наружной поверхностей образца позволяет по результатам одного испытания заданным давлением в кольцевой оболочке определять и мод ль упругости и коэффициент Пуассона, 1 ил. рической поверхностью с наружной цилиндрической поверхностью образца, толстостенную втулку 10 из эластичного материала, предназначенную для установки между внутренней цилиндрической поверхностью кольцевой оболочки 9 и наружной цилиндрической поверхностью образца, два измерительных стержня 11 и 12, выполненные в виде изогнутых по форме внутренней цилиндрической поверхности толстостенной втулки 10 тонкостенных пластин, установленных с зазором в дугообразных прорезях 3 и 4 дна 2 корпуса 1 параллельно его оси и предназначенных для взаимодействия с наружной цилиндрической поверхностью образца, установленную в корпусе 1 по его оси и заполненную жидкостью цилиндрическую камеру 13 из эластичного материала, предназначенную для взаимодействия с внутренней цилиндрической поверхностью образца, изогнутую капиллярную трубку 14 с вертикальным участком на конце, пропущенную через центральное отверстие 7 крышки 6 и соединенную другим концом с внутренней полостью цилиндрической камеры 13, измеритель перемещения стержней 11 и 12, выполненный в виде гидроцилиндра 15 с поршнями 16 и 17 на концах, соединенными соответственно с выступающими из корпуса

1 концами измерительных стержней 11 и 12, заполненной жидкостью упругой эластичной оболочки 18 и соединенной с ней полостью гидроцилиндра 15 и частично заполненной жидкостью вертикальной мерной трубки 19. и регулируемый источник 20 давления, соединенный со штуцером 8.

Радиус кривизны дугообразных прорезей 3 и 4 и радиус кривизны тонкостенных пластин — стержней 11 и 12 равны радиусу кривизны внутренней цилиндрической поверхности толстостенной втулки 10. На чертеже устройство представлено с установленным в нем кольцевым образцом.

Устройство работает следующим образом.

Подготавливают для исследования физических свойств горных пород кольцевой образец, для чего в сплошном цилиндриче1619109

30

8dD ЛЧг

d2 (,.

+ г

50

55 ском образце выполняют сквозное центральное цилиндрическое отверстие, диа-, метр которого должен быть менее наружного диаметра цилиндрической камеры 13 на величину расчетного натяга, необходимого для обеспечения плотного прилегания поверхности образца к стенкам цилиндрической камеры 13.

При снятой крышке 6 устанавливают внутрь толстостенной втулки 10 из эластичного материала подготовленный образец, в сквозное центральное отверстие которого вставляют цилиндрическую камеру 13 из эластичного материала, и закрепляют на корпусе 1 крышку 6 с помощью болтов 5, От регулируемого источника 20 подают давление предварительного обжатия для исключения возможн ых зазоров между толстостенной втулкой 10 и образцом, и регистрируют начальные положения уровней жидкости в вертикальной мерной трубке 19 и капиллярной трубке 14. Затем подают заданное рабочее давление от регулируемого источника 20 и регистрируют новые положения уровней жидкости в мерной 19 и капиллярной 14 трубках.

Для определения модуля упругости и коэффициента Пуассона образца предварительно выявляют зависимости между изменениями уровней жидкостей в капиллярной

14 и мерной 18 трубках и изменениями объемов ЛЧ1 и ЛЧг вытесненных при.этом жидкостей, для чего необходимо знать диаметры этих трубок 14 и 19. Затем определяют модель упругости и коэффциент

Пуассона по формулам

4dD Рс

Р

Ог б где Š— модуль упругости материала; с — коэффициент Пуассона материала;

h — толщина кольцевого образца;

d — внутренний диаметр кольцевого образца; 0- внешний диаметр кольцевого образца;

 — внутренний диаметр гидроцилиндра 15;

Pe — давление по внешней цилиндрической поверхности образца;

ЬЧ1 — изменение объема жидкости, вытесненной иэ цилиндрической камерй 13;

ЛЧг — изменение объема жидкости, вытесненной из гидроцилиндра 15.

Использование описанного устройства, содержащего два измерителя — средней радиальной деформации внутренней цилиндрической поверхности образца и радиального перемещения наружной цилиндрической поверхности образца — позволяет по результатам одного испытания заданным давлением в кольцевой оболочке определять и модуль упругости и коэффициент Пуассона, что снижает трудоемкость и время этих испытаний.

Формула изобретения

Устройство для изучения физических свойств образца горных пород. содержащее толстостенный цилиндрический корпус с . дном, съемной крышкой с центральным отверстием и штуцером в цилиндрической части корпуса, установленную в корпусе и соединенную со штуцером кольцевую оболочку из эластичного материала, п редназначенную для взаимодействия внутренней цилиндрической поверхности с наружной цилиндрической поверхностью образца, два измерительных стержня, установленных в корпусе параллельно его оси и предназначенных для взаимодействия с поверхностью образца, регулируемый источник давления жидкости, соединенный со штуцером корпуса, и измеритель перемещения стержней; о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей устройства для измерения модуля упругости и коэффициента Пуассона образцов изотропных материалов со сксзэл ным центральным цилиндрическим отверстием, оно снабжено толстостенной втулкой иэ эластичного материала, предназначенный для установки между внутренней цилиндрической поверхностью кольцевой оболочки и наружной цилиндрической гцзверхностью образца, установленной в корпусе по его оси и заполненной жидкостью цилиндрической камерой из эластичного материала, предназначенной для взаимодействия с внутренней цилиндрической поверхностью образца, и изогнутой капиллярной трубкой с вертикальным участком на конце, соединенной другим концом через центральное отверстие крышка с внутренней полостью цилиндрической камсры, в дне корпуса выполнены две диаметрально противоположные дугообразные прорези, радиус кривизны которых соответствует ра-диусу кривизны внутренней цилиндриче- .ской поверхности толстостенной втулки, измерительные стержни выполнены в виде изогнутых по форме той же цилиндрической

1619109

Составитель Н,Тимошенко

Техред М,Моргентал Корректор А.Осауленко

Редактор В.Данко

Заказ 40 Тираж . Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производст венно-издательский комбин;,т "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 поверхности тонкостенных пластин и установлены с зазором в дугообразных прорезях дна корпуса, а измеритель перемещения стержней выполнен в виде гидроцилиндра с заполненной жидкостью б упругой эластичной оболочкой и с поршнями на концах, соединенными соответственно с выступающими из корпуса концами измерительных стержней. и соединенной с полостью гидроцилиндра и частично заполненной жидкостью вертикальной мерной трубки,