Способ оценки напряженно-деформированного состояния массива горных пород и строительных сооружений и устройство для его осуществления



Способ оценки напряженно-деформированного состояния массива горных пород и строительных сооружений и устройство для его осуществления
Способ оценки напряженно-деформированного состояния массива горных пород и строительных сооружений и устройство для его осуществления

 


Владельцы патента RU 2442120:

Учреждение Российской академии наук Институт проблем комплексного освоения недр Российской академии наук (УРАН ИПКОН РАН) (RU)

Изобретение относится к горному делу, в частности к методам неразрушающего контроля. Сущность: нагруженный исследуемый объект подвергают действию упругих колебаний и определяют состояние объекта. В исследуемом объекте предварительно создают измерительный объем, регистрируют параметры, характеризирующие его состояние, и по их изменению судят об изменении напряженно-деформированного состояния. В качестве параметров, характеризующих состояние исследуемого объекта, используют эмиссию микро- и наноразмерных минеральных частиц, по величине которой оценивают напряженно-деформированное состояние исследуемого объекта. Устройство для оценки напряженно-деформированного состояния массива горных пород и строительных сооружений содержит устройство, генерирующее упругие колебания, измерительный прибор и зонд, размещаемый внутри измерительного объема. В качестве измерительного прибора используется счетчик аэрозольных частиц, а зонд выполнен в виде двух пробоотборных трубок, причем на входном конце первой пробоотборной трубки установлен воздушный фильтр, а выходной конец второй пробоотборной трубки присоединен к входу счетчика аэрозольных частиц. Технический результат: повышение точности и достоверности оценки напряженно-деформированного состояния массива горных пород и строительных сооружений. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к горному делу, в частности к методам неразрушающего контроля, и может быть использовано для оценки напряженно-деформированного состояния массива горных пород и строительных сооружений, контроля динамических проявлений в виде разрушений отдельных участков, вывалов, заколов, стреляний, а также для лабораторных испытаний образцов горных пород и строительных материалов. Способ оценки напряженно-деформированного состояния массива горных пород и строительных сооружений основан на закономерности изменения эмиссии микро- и наноразмерных минеральных частиц в зависимости от напряжений, приложенных к объекту исследования.

Известны способы прогноза разрушения массива горных пород, использующие регистрацию сигналов электромагнитного излучения (ЭМИ) и последующий анализ их параметров (длительности, амплитуд, спектрального состава и др.), по результатам которого судят об изменении напряженного состояния, а также устройства для их осуществления [1, 2]. Недостатком указанных способов является низкая точность прогноза разрушения массива горных пород, связанная с неопределенностью критериев ЭМИ, характеризующих собственно процесс разрушения.

Известен способ прогноза землетрясений, который позволяет определять динамику распределения напряженно-деформированного состояния массива горных пород, заключающийся в том, что производят бурение специальных наблюдательных скважин, глубина которых меньше уровня грунтовых вод и в каждой из этих скважин непрерывно регистрируют динамику выделения радона из массива горных пород и суммарное количество сейсмической энергии, поступившей в каждую наблюдательную скважину, и по серии наблюдений во времени выделяют зоны с последовательным уменьшением или увеличением выделения радона с учетом поступившей сейсмической энергии; указанные зоны наносят на карту исследуемого района и по площади зоны динамического радона судят о положении эпицентра и магнитуде ожидаемого землетрясения, а по динамике уменьшения и/или увеличения выделения радона в наблюдательных скважинах судят о времени ожидаемого сейсмического события [3]. К существенным недостаткам указанного способа следует отнести то, что выделение радона в пределах даже одного массива может быть различным, а также не учитываются влияние на данные измерений атмосферных осадков, изменение атмосферного давления и т.д.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ неразрушающего контроля качества железобетонных конструкций балочного типа. Способ заключается в установке конструкции на стенде, закреплении ее концов согласно условиям эксплуатации, установке на противоположных поверхностях конструкции (в середине ее пролета) для возбуждения и регистрации изгибных механических колебаний излучателя и приемника механических колебаний. После этого производятся нагружение конструкции статической равномерно распределенной нагрузкой и возбуждение с помощью генератора синусоидальных колебаний. Определяют резонансную частоту колебаний и при уровне энергии возбуждения продольных или поперечных колебаний конструкции производят спектральный анализ колебательного процесса. По величине отклонения коэффициента нелинейных искажений определяют степень дефектности [4]. Недостаток этого способа заключается в том, что он реализуется только на стадиях изготовления железобетонных конструкций балочного типа и не может быть использован при эксплуатации исследуемого объекта.

Целью изобретения является повышение точности и достоверности оценки напряженно-деформированного состояния массива горных пород и строительных сооружений.

Предлагаемый способ оценки напряженно-деформированного состояния массива горных пород и строительных сооружений и действие устройства для его осуществления основаны на том факте, что с увеличением статической нагрузки (квазистатической) совместно с действием динамической нагрузки наблюдается рост эмиссии микро- и наноразмерных минеральных частиц с поверхности исследуемого объекта. Это явление можно объяснить тем, что в результате увеличения нагрузки происходит рост дефектов, и чем ближе напряжения сжатия к предельным, тем больше эмиссия частиц, выделившихся с поверхности исследуемого объекта.

Способ оценки напряженно-деформированного состояния массива горных пород и строительных сооружений, содержащий измерительный прибор и зонд, размещаемый внутри измерительного объема, созданного в горной породе или строительном сооружении, реализуется таким образом, что в качестве измерительного прибора используется счетчик аэрозольных частиц, а зонд представляет собой две пробоотборные трубки, снабженные одной или более герметичными заглушками, причем на входном конце первой пробоотборной трубки установлен воздушный фильтр, а выходной конец второй пробоотборной трубки присоединен к входу счетчика аэрозольных частиц.

Таким образом, для оценки напряженно-деформированного состояния массива горных пород и строительных сооружений в исследуемом объекте предварительно создают измерительный объем, регистрируют параметры, характеризующие состояние исследуемого объекта и по их изменению судят об изменении напряженно-деформированного состояния исследуемого объекта, измерительный объем выполняют в виде шпура или сквозного отверстия, внутренний объем шпура или сквозного отверстия герметизируют таким образом, чтобы внутренний объем шпура или сквозного отверстия соединялся с атмосферой только через воздушный фильтр, после чего отбирают пробы воздуха из внутреннего объема шпура или сквозного отверстия и регистрируют эмиссию микро- и наноразмерных минеральных частиц, которые образовались в объеме шпура или сквозного отверстия, при этом в качестве параметров, характеризующих состояние исследуемой породы или материала, используют счетную концентрацию и функцию распределения по размерам частиц, генерируемых во внутреннем объеме шпура или сквозного отверстия исследуемой горной породы или строительного материала, а об изменении напряженно-деформированного состояния судят по повышению счетной концентрации генерируемых частиц и по сдвигу в сторону бóльших значений медианы функции распределения частиц по размерам.

В процессе отбора проб из внутреннего объема шпура или сквозного отверстия исследуемая горная порода или строительный материал подвергается квазистатическому одноосному сжатию совместно с действием устройства, генерирующего упругие колебания в исследуемом объекте, т.е. подвергают динамическому воздействию.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 показана принципиальная схема устройства для оценки напряженно-деформированного состояния образцов горных пород и строительных материалов, а на фиг.2 приведена схема устройства для оценки напряженно-деформированного состояния массива горных пород и строительных сооружений, где 1 - объект исследования (образец горной породы (строительный материал) или массив горных пород (строительное сооружение)), 2 - сквозное отверстие или шпур, 3 - плиты лабораторного пресса, 4 - счетчик аэрозольных частиц, 5 - первая пробоотборная трубка, 6 - вторая пробоотборная трубка, 7 - воздушный фильтр, 8 - устройство, генерирующее упругие колебания, 9 - герметичная заглушка.

Устройство для лабораторных испытаний объекта работает следующим образом. В объекте исследования 1 высверливают сквозное отверстие 2 и очищают его от мелкодисперсной пыли, крепят к нему пробоотборную трубку 5, наружный конец которой соединяют с воздушным фильтром 7 и пробоотборную трубку 6, наружный конец которой прикреплен к счетчику аэрозольных частиц 4. Таким образом, внутренний объем отверстия оказывается герметизированным. Объект исследования 1 подвергают квазистатическому одноосному сжатию и с помощью устройства 8 генерируют в нем упругие колебания, т.е. подвергают динамическому воздействию. При работе счетчика аэрозольных частиц 4 из внутреннего объема сквозного отверстия 2 осуществляется отбор проб воздуха. Наружный воздух проходит через воздушный фильтр 7 и поступает во внутрь сквозного отверстия 2, исключая регистрацию частиц из окружающей среды. Таким образом, счетчик аэрозольных частиц 4 регистрирует только частицы, генерируемые с поверхности сквозного отверстия 2 исследуемого образца горной породы 1 (строительного материала). Оптимальный отбор воздуха обеспечивается за счет того, что выходной конец первой пробоотборной трубки 5 и входной конец второй пробоотборной трубки 6 находятся в противоположных концах сквозного отверстия 2 в исследуемом объекте 1.

Устройство для оценки напряженно-деформированного состояния массива горных пород и строительных сооружений работает следующим образом. В объекте исследования 1 (горном массиве или строительном сооружении) бурят два шпура 2, которые тщательно отчищают от образованной мелкодисперсной пыли. В один из шпуров устанавливают пробоотборные трубки 5 и 6, пропустив их через герметичную заглушку 9. На находящемся вне объема шпура входном конце первой пробоотборной трубки 5 устанавливают воздушный фильтр 7. Выходной конец второй пробоотборной трубки 6 присоединяют к входу счетчика аэрозольных частиц 4. Таким образом исследуемый объем шпура 2 оказывается герметизирован. В другой шпур помещают устройство 8, которое генерирует упругие колебания в исследуемом объекте. При работе счетчика частиц 4 встроенный в него насос отбирает из исследуемого объема шпура 2 пробы воздуха. Поступающий вследствие этого в объем воздух из окружающей среды (например, из горной выработки) проходит через воздушный фильтр 7 и оказывается очищенным от частиц, что позволяет утверждать, что зарегистрированные счетчиком частицы генерируются при локальном образовании трещин и иных дефектов поверхности исследуемого объекта.

Таким образом, по росту эмиссии микро- и наноразмерных минеральных частиц можно судить об изменении напряженно-деформированного состояния исследуемых объектов.

1. Способ оценки напряженно-деформированного состояния массива горных пород и строительных сооружений, заключающийся в том, что нагруженный исследуемый объект подвергают действию упругих колебаний и определяют состояние объекта, отличающийся тем, что в исследуемом объекте предварительно создают измерительный объем, регистрируют параметры, характеризирующие его состояние, и по их изменению судят об изменении напряженно-деформированного состояния, при этом в качестве параметров, характеризующих состояние исследуемого объекта, используют эмиссию микро- и наноразмерных минеральных частиц, по величине которой оценивают напряженно-деформированное состояние исследуемого объекта.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в процессе отбора проб воздуха из внутреннего объема сквозного отверстия в исследуемом образце повышают величину квазистатического одноосного сжатия.

3. Устройство для оценки напряженно-деформированного состояния массива горных пород и строительных сооружений, содержащее устройство, генерирующее упругие колебания, измерительный прибор и зонд, размещаемый внутри измерительного объема, созданного в горном массиве или строительном сооружении, отличающееся тем, что в качестве измерительного прибора используется счетчик аэрозольных частиц, а зонд выполнен в виде двух пробоотборных трубок, причем на входном конце первой пробоотборной трубки установлен воздушный фильтр, а выходной конец второй пробоотборной трубки присоединен к входу счетчика аэрозольных частиц.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к способам дистанционного диагностирования состояния машин и механизмов. .

Изобретение относится к виброизмерительной технике и может быть использовано в приборостроении и машиностроении для диагностики измерения частоты вибрации объекта в процессе его эксплуатации.

Изобретение относится к испытательной технике, а именно к стендам для испытаний на комбинированное воздействие вибрационных и линейных ускорений. .

Изобретение относится к машиностроению и позволяет контролировать и производить диагностику возмущающих сил узла механизма. .

Изобретение относится к анализу сигнатуры сигнала для регистрации событий в установке с вращающимися деталями. .

Изобретение относится к динамическим и статическим испытаниям конструкций: рам, арок, колонн, балок, фундаментов, ростверков и их узлов. .

Изобретение относится к способу определения коэффициента внутреннего рассеяния энергии в материале, имеющем малый модуль упругости. .

Изобретение относится к средствам испытания на вибропрочность и виброустойчивость изделий общего машиностроения: электрической и другой приборной продукции. .

Изобретение относится к области измерительной техники, в частности к технике высокоточных измерений, и может быть использовано для измерения перемещений и вибраций

Изобретение относится к способам вибрационной диагностики дефектов подшипников качения турбомашин в эксплуатационных условиях и может найти применение в авиадвигателестроении и энергомашиностроении для выявления наличия дефекта смазки подшипника качения

Изобретение относится к области исследования зданий и сооружений с расположенными внутри или в непосредственной близости механизмами или агрегатами, являющимися источниками сейсмических колебаний, и анализа для интерпретации полученных сейсмических данных

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано при испытании объектов машиностроения, стройиндустрии, бытовой техники и других изделий на вибропрочность и виброустойчивость

Изобретение относится к области испытаний на механические воздействия (вибрационные испытания) аппаратуры

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для вибродиагностики оборудования, оказывающегося в опасных зонах при подаче на него напряжения (высоковольтных камерах, в герметизированных отсеках, отсеках обрабатывающих центров с работающим высокоскоростным оборудованием), а также мотор-вентиляторов, применяемых на железнодорожном транспорте

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано для выделения и фильтрации исследуемых сигналов из воспроизводимого стационарного случайного процесса и измерения в реальном времени параметров сигнала. Система обработки сигналов, содержащая перестраиваемый по частоте фильтр, характеризующаяся тем, что в систему введены виброиспытательный комплекс, анализатор, прибор визуального контроля, формирователь нестационарного процесса, источник управляющего сигнала и блок стробирования, при этом фильтр своим первым входом подключен к выходу виброиспытательного комплекса, а выходом соединен с входом прибора визуального контроля, первый и второй выходы которого подключены соответственно к первому и второму входам анализатора, третьим входом соединенного с первым выходом формирователя нестационарного процесса, одновременно подключенного также ко входу виброиспытательного комплекса, причем анализатор своим четвертым входом соединен с первым входом системы, а выходом подключен к ее выходу, причем второй выход формирователя нестационарного процесса соединен с первым входом блока стробирования, выходом подключенного к второму входу фильтра, а вторым входом соединенного с выходом источника управляющего сигнала, входом подключенного к второму входу системы. Технический результат заключается в повышении точности обработки. 3 з.п. ф-лы, 16 ил.

Группа изобретений относится к частотному анализу данных. В частности, к анализу данных испытаний самолетов на допуск к области полетных режимов. Способ частотного анализа данных, отличающийся тем, что содержит: этап (310) ввода сигналов, поступающих от первого датчика, этап (315) ввода сигналов, поступающих, по меньшей мере, от второго датчика, при этом каждый второй датчик расположен вблизи первого датчика, чтобы сигналы, поступающие от каждого второго датчика, были сильно коррелированными с сигналами, поступающими от первого датчика, этап оценки для каждого датчика передаточной функции или модели, реализуемой на основании совокупности сигналов от первого датчика и от каждого второго датчика, и этап (320) извлечения структурных свойств системы на основании каждой из оценочных моделей. Также заявлен компьютерный программный продукт, реализующий способ. 2 н. и 17 з.п. ф-лы, 10 ил.

Группа изобретений относится к области измерительной техники и может быть использована для контроля состояния вращающихся лопаток газотурбинных двигателей. Настоящее изобретение раскрывает способ определения событий вибраций с резонансной частотой в узле вращающихся лопаток, установленных на роторе, и ряд отстоящих друг от друга по периферии стационарных зондов таймирования, связанных с лопатками, обнаруживают моменты, когда лопатки проходят соответствующие зонды. Способ включает следующие этапы: получение тайминга лопаток, обнаруженного зондами, определение для последовательных вращений (оборотов) узла соответствующих факторов корреляции для одной или более лопаток, причем каждый фактор корреляции определяет величину степени корреляции между таймированием лопаток, обнаруженным зондами для конкретной лопатки на конкретном вращении, и таймированием лопаток, обнаруженным зондами на предыдущем вращении, и определение события резонансной вибрации, когда один или более факторов корреляции пересекает установленный порог. Второй аспект изобретения заключается в способе обработки таймирования лопаток стационарным зондом таймирования, связанного с узлом вращающихся лопаток, установленных на роторе, причем зонд обнаруживает моменты, когда лопатки проходят зонд, включающий следующие этапы: получение таймирования лопаток, обнаруженного зондом, определение одного или нескольких событий резонансной вибрации в данных таймирования, подбор усредняющей кривой к таймированию лопаток вне определенных событий резонансной вибрации, интерполирование секций для усредняющей кривой у таймирования лопаток внутри определенных событий резонансных вибраций, дополнение усредняющей кривой с интерполированными секциями и вычитание увеличенной усредняющей кривой из таймирования лопаток для получения обнуленного таймирования лопаток. Третий аспект изобретения заключается в способе фильтрации таймирования лопаток, обнаруженного стационарным зондом таймирования, связанного с узлом вращающихся лопаток, установленных на роторе, причем зонд обнаруживает моменты, когда лопатки проходят зонд, причем способ включает следующие этапы: получение таймирования лопаток, обнаруженного зондом, идентификация одного или нескольких событий резонансной вибрации в данных таймирования, преобразование таймирования лопатки в частотную область, причем преобразованное таймирование выдает отслеженные разряды в событиях резонансных частот в графике частоты относительно времени, определение интегральных положений выборки как частот, соответствующих частоте вращения ротора и их кратных до кратного, соответствующего количеству лопаток в узле, для идентифицированных событий резонансной вибрации определение отслеженных положений разряда относительно интегральных положений выборки; и фильтрация таймирования лопаток для идентифицированных событий резонансных вибраций в области времени, причем изменяющаяся характеристика фильтра зависит от соответствующих отслеженных положений разрядов в частотной области. Четвертый аспект изобретения заключается в компьютерной системе для выполнения способа любым из трех аспектов изобретения. Технический результат заключается в повышении объективности контроля и возможности его осуществления в реальном времени. 4 н. и 15 з.п. ф-лы, 19 ил.

Изобретение относится к вибродиагностике машин и механизмов и может использоваться для диагностирования машин в условиях производства или/и эксплуатации при отсутствии машин-эталонов с известными погрешностями, т.е. в условиях априорной неопределенности относительно предельно допускаемых значений вибрации машин. Заявленный способ заключается в измерении вибрации в информативной точке корпуса механизма машины, выделении составляющей вибрации, присущей диагностируемому механизму, определении безразмерного инварианта вибросостояния механизма, контроле его параметров, по которым судят о техническом состоянии механизма, при этом безразмерный инвариант представляют характеристической функцией вибрации механизма, пошагово задают величину ее параметра или модуля, определяют текущее значение модуля или параметра, контролируют тенденцию их уменьшения к нулю при деградации механизма при фиксированном значении модуля или параметра и по диапазону текущих значений параметра или модуля характеристической функции вибрации оценивают техническое состояние механизма. Технический результат, достигаемый от реализации заявленного способа, заключается в повышении достоверности результатов диагностики при одновременном упрощении диагностической аппаратуры, в снижении продолжительности диагностирования, обеспечение простоты и точности реализации способа. 2 з.п. ф-лы, 2 табл., 3 ил.
Наверх