Способ определения механических свойств монолитных образцов



 


Владельцы патента RU 2431129:

Открытое акционерное общество "Газпром" (RU)

Настоящее изобретение относится к способам определения показателей механических свойств монолитных образцов. Сущность: отбирают монолитный образец произвольной формы и осуществляют осевое нагружение монолитного образца сферическими инденторами до его разрушения. Измеряют величины нагрузки в момент разрушения монолитного образца. Измеряют площади поверхности разрыва монолитного образца и определяют механические свойства монолитного образца. На двух противоположных поверхностях монолитного образца, в местах предполагаемого контакта с инденторами, подготавливают параллельно расположенные друг другу площадки размером не менее 10×10 мм. Осуществляют осевое нагружение путем сжатия монолитного образца парой сферических инденторов, прикладывая равномерную нагрузку с постоянной скоростью нагружения, равной 0,1÷0,5 кН/с, в качестве механических свойств монолитного образца определяют сцепление монолитного образца по формуле. Технический результат: повышение точности и упрощение определения механических свойств монолитных образцов. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

 

Изобретение относится к способам определения показателей механических свойств монолитных образцов, в том числе образцов горных пород, и может быть использовано при определении сцепления образцов как из искусственных, так и природных материалов.

Известен способ определения механических свойств монолитных образцов методом нагружения сферическими инденторами (Коршунов В.А., Карташов Ю.М. Определение показателей объемной прочности образцов горных пород при их нагружении сферическими инденторами. Труды Международной конференции. Геотехника. Оценка состояния оснований и сооружений, Санкт-Петербург, 2001 г., Том 1, с.36-41). Известный способ включает отбор монолитного образца произвольной формы, нагружение монолитного образца сферическими инденторами до его разрушения, измерение величины нагрузки в момент разрушения монолитного образца, последующее измерение площади поверхности разрыва монолитного образца и определение сцепления монолитного образца.

Недостатком известного способа является невысокая точность определения сцепления, связанная с неконтролируемой скоростью нагружения образца и необходимостью дополнительного измерения площади поверхности большей из зон структурно-механических изменений под инденторами. Неконтролируемая скорость нагружения образца приводит к снижению точности измерения величины нагрузки в момент разрушения образца. Определение площади поверхности большей из зон структурно-механических изменений под инденторами представляет значительную сложность, во-первых, из-за малых размеров этих зон структурно-механических изменений. Во-вторых, определение площади производится по небольшим выемкам на двух - трех обломках образца после раскалывания. В-третьих, выемки на обломках образца имеют неудобную для измерений неправильную неплоскую форму. В результате корректно измерить нужные для определения сцепления величину нагрузки в момент разрушения образца и площадь поверхности большей из зон структурно-механических изменений под инденторами затруднительно. Указанные недостатки приводят к снижению точности определения сцепления монолитного образца.

Техническим результатом, на достижение которого направлено предлагаемое изобретение, является упрощение определения механических свойств монолитных образцов и повышение его точности.

Технический результат изобретения достигается за счет того, что в способе определения механических свойств монолитных образцов, включающем отбор монолитного образца произвольной формы, осевое нагружение монолитного образца сферическими инденторами до его разрушения, измерение величины нагрузки в момент разрушения монолитного образца, последующее измерение площади поверхности разрыва монолитного образца и определение механических свойств монолитного образца, на двух противоположных поверхностях монолитного образца, в местах предполагаемого контакта с инденторами, подготавливают параллельно расположенные друг другу площадки размером не менее 10×10 мм, последующее осевое нагружение осуществляют путем сжатия монолитного образца парой сферических инденторов, прикладывая равномерную нагрузку с постоянной скоростью нагружения, равной 0,1÷0,5 кН/с, в качестве механических свойств монолитного образца определяют сцепление монолитного образца по формуле

где

F - нагрузка в момент разрушения монолитного образца;

S - площадь поверхности разрыва монолитного образца.

При этом величину нагрузки в момент разрушения монолитного образца измеряют силоизмерителем при сжатии сферическими инденторами.

Данный способ реализуется следующим образом. Отбирают монолитный образец произвольной формы. Отобранный образец предварительно подготавливают, для этого на двух противоположных поверхностях монолитного образца, в местах предполагаемого контакта с инденторами, подготавливают параллельно расположенные друг другу соосные площадки размером не менее 10×10 мм. Отобранный монолитный образец устанавливают между инденторами и раскалывают его путем осевого сжатия парой сферических инденторов, прикладывая равномерную нагрузку с постоянной скоростью нагружения, равной 0,1-0,5 кН/с.Измеряют величину нагрузки F (Н) в момент разрушения монолитного образца при сжатии сферическими инденторами с помощью силоизмерителя, а также определяют величину площади поверхности разрыва монолитного образца S (мм2). После чего определяют величину сцепления монолитного образца по формуле

Результаты определения сцепления для монолитных образцов песчаника щигровского горизонта Увязовского подземного хранилища газа из интервала 740-

790 м скважины №55 в соответствии с предлагаемым способом приведены в Таблице. Использовались образцы в виде дисков диаметром 30 мм, которые раскалывались при сжатии сферическими инденторами вдоль оси диска.

Установленная экспериментально скорость нагружения образцов, равная 0,1÷0,5 кН/с, оптимальна для более точного определения нагрузки F в момент разрушения образца. Увеличение скорости нагружения (более 0,5 кН/с) приводит к уменьшению точности измерения разрушающей нагрузки F. Уменьшение скорости нагружения (менее 0,1 кН/с) неоправданно увеличивает время проведения эксперимента.

При осуществлении способа проводят измерение площади поверхности разрыва монолитного образца S. При этом поверхность разрыва отобранного и подготовленного соответствующим образом образца имеет преимущественно плоскую форму (близкую к прямоугольной для подобных параллелепипеду и диску образцов), что упрощает измерение величины площади поверхности разрыва образца, и, соответственно, повышает точность ее определения.

Кроме того, в предложенном способе определения сцепления монолитного образца по сравнению с прототипом исключается необходимость дополнительного измерения площади поверхности большей из зон структурно-механических изменений под инденторами, что также повысит точность определения сцепления монолитного образца.

Использование данного изобретения позволяет упростить определение механических свойств монолитных образцов и повысить его точность.

Способ определения механических свойств монолитных образцов
Номер образца Параметры и единицы измерения
F (H) S (мм2) С (МПа)
1 42 426,2 0,450
2 99 427,7 1,058
3 113 399 1,294
4 127 420,3 1,381
5 127 413,3 1,405
6 127 404,6 1,435
7 141 382,5 1,685
8 155 401,9 1,763
9 170 429 1,811
10 170 403,2 1,927
11 226 446,6 2,313
12 226 390,3 2,647
13 269 426,2 2,885
14 311 407,5 3,488

1. Способ определения механических свойств монолитных образцов, включающий отбор монолитного образца произвольной формы, осевое нагружение монолитного образца сферическими инденторами до его разрушения, измерение величины нагрузки в момент разрушения монолитного образца, последующее измерение площади поверхности разрыва монолитного образца и определение механических свойств монолитного образца, отличающийся тем, что на двух противоположных поверхностях монолитного образца в местах предполагаемого контакта с инденторами подготавливают параллельно расположенные друг другу площадки размером не менее 10×10 мм, последующее осевое нагружение осуществляют путем сжатия монолитного образца парой сферических инденторов, прикладывая равномерную нагрузку с постоянной скоростью нагружения равной 0,1÷0,5 кН/с, в качестве механических свойств монолитного образца определяют сцепление монолитного образца по формуле:

где F - нагрузка в момент разрушения монолитного образца;
S - площадь поверхности разрыва монолитного образца.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что величину нагрузки в момент разрушения монолитного образца измеряют силоизмерителем при сжатии сферическими инденторами.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к технике контроля материалов и изделий и может быть использовано для измерения параметров рельефа поверхности и механических характеристик материалов с субмикронным и нанометровым пространственным разрешением.

Изобретение относится к строительству и машиностроению. .

Изобретение относится к способу определения контактной жесткости тел и может быть использовано в автомобилестроении в качестве метода определения жесткости элементов конструкции, в том числе тонкостенных элементов.

Изобретение относится к области машиностроения и может найти применение для неразрушающего оптического контроля при дистанционном определении механической твердости стальных изделий, измерении профиля твердости по глубине при поверхностной обработке, локальных измерениях, включая труднодоступные места.

Изобретение относится к области измерительной техники, в частности к области неразрушающего контроля. .

Изобретение относится к учебным приборам для Вузов, а более конкретно к устройствам для измерения твердости материалов в условиях учебных мастерских. .

Изобретение относится к испытательной технике. .
Изобретение относится к испытательной технике. .

Изобретение относится к процессу тарировки прибора для измерения твердости материалов. .

Изобретение относится к горному делу, в частности к устройствам для определения механических свойств горных пород

Изобретение относится к области сельского хозяйства и может быть использовано для оценки твердости почвы

Изобретение относится к технике контроля и исследования материалов и изделий и может быть использовано для определения параметров рельефа поверхности и механических характеристик материалов с субмикронным и нанометровым пространственным разрешением

Изобретение относится к устройствам для исследования или анализа материалов путем определения их твердости и может быть использовано для определения физико-механических характеристик растущих деревьев, пиломатериалов, деревянных строительных конструкций и т.п

Изобретение относится к технике испытания твердых материалов на микротвердость

Изобретение относится к способам определения механических свойств материалов путем вдавливания индентора в поверхность образца с заданной нагрузкой, а именно к способам определения статического модуля упругости Юнга. Сущность: совместно используют экспериментальное вдавливание индентора и компьютерное моделирование вдавливания индентора методом конечных элементов. Проводят экспериментальное сканирование поверхности частицы, вдавливание индентора в наночастицу заданной силой и определение по упругой составляющей экспериментальной глубины проникновения индентора. Осуществляют генерацию электронной геометрической модели наночастицы, формируют и решают методом конечных элементов контактную задачу вдавливания индентора в частицу в серии экспериментов при постоянном усилии индентирования. Путем варьирования значением модуля упругости добиваются нулевой разницы между экспериментальной и расчетной глубиной проникновения индентора, определяют модуль упругости частицы, соответствующей нулевой разнице расчетной и экспериментальной глубин. Технический результат: разработка способа определения модуля упругости материала микро- и наночастиц произвольной формы. 4 ил.

Изобретение относится к технике контроля и исследования материалов и изделий и может быть использовано для определения параметров рельефа поверхности (линейные размеры, шероховатость), механических (твердость, модуль упругости) и трибологических (коэффициент трения, износостойкость, время жизни покрытий) характеристик материалов с субмикронным и нанометровым пространственным разрешением. Устройство содержит индентор, установленный на упругом элементе, по меньшей мере, два оптических датчика, каждый из которых включает источник оптического излучения и его приемник. Упругий элемент выполнен П-образным, стойки П-образного упругого элемента закреплены на держателе, индентор установлен на перекладине П-образного упругого элемента. П-образный упругий элемент выполнен с возможностью, по меньшей мере, частичного перекрытия потока оптического излучения оптических датчиков и изменения площади перекрытия потока при своем изгибе или содержит установленное на нем приспособление, выполненное с возможностью, по меньшей мере, частичного перекрытия потока оптического излучения оптических датчиков и изменения площади перекрытия потока при своем изгибе. По меньшей мере, один из оптических датчиков выполнен с возможностью контроля изгиба перекладины в плоскости П-образного элемента в процессе измерения, а другой из оптических датчиков - с возможностью контроля изгиба стоек в плоскости П-образного элемента в процессе измерения. Технический результат: повышение качества, достоверности и стабильности измерений, повышение технологичности устройства при его производстве. 6 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к определению механических характеристик однородных покрытий, а именно к определению модуля упругости покрытий посредством вдавливания в поверхность материала цилиндрического индентора, и может быть использовано для определения модуля упругости покрытий на подложках из различных материалов. Сущность: вдавливают в покрытие с известной толщиной цилиндрический индентор. Определяют в соответствии с показаниями прибора, регистрирующего связь между вдавливающей силой и осадкой индентора, модуль жесткости системы покрытие-подложка, далее рассчитывают значение отношения модуля жесткости системы к модулю упругости подложки и с помощью известных способов нахождения значения функции по заданной неявной зависимости определяют модуль упругости покрытия из формулы. Технический результат: повышение точности определения модуля упругости покрытия. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области физики и может быть использовано для исследования и/или анализа материалов путем определения их физических или химических свойств. Определение осуществляют по механическим и структурным характеристикам. При этом дополнительно определяют величину микротвердости перлита и при микротвердости менее 240 HV и не превышающей 50 HV разности значений по микротвердости между перлитом и ферритом принимают решение о пригодности стали для обработки путем холодной пластической деформации. Достигается повышение информативности и надежности определения. 4 ил.
Наверх