Способ хрусталёва е.н. получения равномерного контактного напряжения при взаимодействии материальных сред

Авторы патента:

G01N3/12 - испытание на прочность давлением (испытание на герметичность G01M 3/00)

Владельцы патента RU 2576542:

Хрусталёв Евгений Николаевич (RU)

Изобретение относится к «Физике материального контактного взаимодействия» и касается возможности достижения равномерного напряженно-деформированного состояния в зоне контакта двух материальных сред. Суть изобретения заключается в том, что придают контактирующей поверхности более прочной материальной среды выпуклой полусферической формы с радиусами взаимодействия $R_{с р . с ф} = 0,5 \sqrt{b^{2} + l^{2}} / \sin ϕ_{с л}^{о}$ - для прямоугольной площади контакта, $R_{с р . с ф} = 0,5 d / \sin ϕ_{с л}^{о}$ - для круглой площади контакта, $R_{ц} = 0,5 b / \sin ϕ_{с л}^{о}$ - для полуцилиндрической формы контакта шириной b, где $ϕ_{с л}^{о}$ - угол внутреннего трения среды с нарушенной или с ненарушенной структурой, более слабой по прочности. Технический результат - обеспечение возможности определения геометрических параметров контактирующих материальных сред с равномерным распределением между ними напряжений. 3 ил.

Способ Хрусталева Е.Н. получения равномерного контактного напряжения при взаимодействии материальных сред.

Изобретение относится к области «Физики материального контактного взаимодействия» и касается возможности достижения равномерного напряженно-деформированного состояния в зоне контакта материальных сред, характеризующихся физическими параметрами - углом φ⁰ внутреннего трения и удельным сцеплением с (кГ/см²).

Известен способ получения равномерного контактного напряжения в зоне взаимодействия двух материальных сред - слабого грунтового основания с физическими параметрами - углом внутреннего трения и удельным сцеплением с_Г (кГ/см²) с абсолютно гибким или абсолютно жестким сферическим штампом, при этом угол сектора полуконтакта сферического гибкого или жесткого штампа с грунтовым основанием в фазе максимальной упругости грунтового основания составляет величину ,

а с торфяной залежью -

где - краевая критическая нагрузка для торфяной залежи, - давление потери структурной прочности среды при растяжении,

- критическое давление для среды под центром штампа [1, 2].

Расчетные значения угла максимального полуконтакта материальных сред по радиусу R сферы или цилиндра практически оказываются заниженными для структурированных грунтов с углом внутреннего трения в 3,0…8 раз и для структурированных торфяных залежей с - соответствующими углу внутреннего трения торфа или заниженным в 3 раза.

Установлено на сегодняшний день, что только в предельном фазовом напряженно-деформированном состоянии материальной среды при ее разрушении угол полуконтакта двух сред должен соответствовать углу внутреннего трения наиболее слабой по прочности среды [2].

Технический результат по способу получения равномерного контактного напряжения при взаимодействии материальных сред, заключающемуся в том, что определяют и сравнивают упругие прочностные параметры контактирующих материальных сред - углы φ⁰ внутреннего трения и удельные сцепления с (кГ/см²), рассматривают деформируемую наиболее слабую материальную среду с углом внутреннего трения и удельным сцеплением с_сл (кГ/см²), достигается тем, что полный контакт двух сред производят по полусферической или полуцилиндрической поверхности, выпуклой со стороны более слабой среды под углом, равным удвоенному углу (2φ⁰) внутреннего трения более слабой по прочности среды, с радиусами взаимодействия двух контактирующих полусферических поверхностей - прямоугольных в плане со сторонами (b×l), - круглых в плане с диаметром d и полуцилиндрических поверхностей - прямоугольных в плане и шириной b, где угол внутреннего трения для структурированной среды и - для среды с нарушенной структурой.

Предлагаемый способ впервые позволяет определить геометрические параметры контактирующих материальных сред с равномерным распределением между ними напряжений через физический параметр наиболее слабой по прочности и наиболее деформируемой материальной среды - угол ее внутреннего трения, что повышает несущую способность и устойчивость сооружений на грунтовых основаниях, износоустойчивость и надежность работы контактирующих деталей машин.

Предлагаемое изобретение поясняется графическими материалами, где на фиг. 1 - общий вид фундаментной плиты здания в отрытом котловане с выпуклой контактной поверхностью под радиус сферы R_сф или радиус цилиндрической поверхности прямоугольного фундамента длиной (1) и шириной (b) с равномерной эпюрой контактных напряжений σ_к - const; на фиг. 2 - вид А фиг. 1 фундаментной плиты с цилиндрической поверхностью; на фиг. 3 - вид А фиг. 1 фундаментной плиты со сферической поверхностью.

Пример реализации способа. Монолитная фундаментная плита 1 (фиг. 1) со зданием прямоугольной формы (b×l) (см.) (фиг. 2) проектируется на грунтовом основании, сложенном суглинком с удельным весом γ_стр=0,0022 (кГ/см³), с углом внутреннего трения и удельным сцеплением с_стр=0,2 (кГ/см²). Вес нагруженной плиты 250 т, габариты плиты b×l=6 м × 8 м, площадь плиты F=48 м². Плита укладывается на дне котлована 2 глубиной Н=2 м. Определим форму и параметры поверхности плиты с равномерно распределенным контактным давлением σ_к - const по ее площади.

Упругое состояние суглинка под плитой обеспечивается при контактном давлении р≤р_б, где гравитационное (бытовое) давление в грунте с ненарушенной структурой. Рабочее давление под плитой p_p=Р/F=250000/480000=0,52 (кГ/см²), что свидетельствует о том, что суглинок под плитой находится в нарушенном состоянии. Угол внутреннего трения суглинка в нарушенном состоянии

Таким образом, для создания равномерного контактного напряжения между суглинком и нагруженной фундаментной плитой необходимо прямоугольную площадь контакта плиты с грунтом выполнить выпуклой полусферической с радиусом сферы

(фиг. 3) или выпуклой полуцилиндрической (фиг. 2) с радиусом полуцилиндрической воронки сжатия вдоль длинной стороны .

Источники информации

1. Хрусталев Е.Н. Контактное взаимодействие в геомеханике. Ч.II: Напряжения и деформации оснований сооружений: Монография. - Тверь: «Научная книга», 2007. - С. 71 (рис. 2.7), 72 (рис. 2.8), 76 (фиг. 2.9), 78 (фиг. 2.12), 80 (таблица 2.3), с 200-203.

2. Патент РФ №2343448. Способ определения несущей способности и осадок грунтового основания и торфяной залежи / Хрусталев Е.Н. Б.И. №1 от 10.01.2009 - Таблица 1.

Способ получения равномерного контактного напряжения при взаимодействии материальных сред, заключающийся в том, что определяют и сравнивают упругие прочностные параметры контактирующих материальных сред - углы φ⁰ внутреннего трения и удельное сцепление с (кГ/см²), рассматривают деформируемую наиболее слабую материальную среду с углом внутреннего трения и удельным сцеплением с_сл (кГ/см²), отличающийся тем, что полный контакт двух сред проводят по полусферической или полуцилиндрической поверхности, выпуклой в сторону более слабой среды под углом, равным удвоенному углу (2 φ⁰) внутреннего трения более слабой по прочности среды с радиусами взаимодействия двух контактирующих полусферических поверхностей - прямоугольных в плане со сторонами (b×l), - круглых в плане с диаметром d и полуцилиндрических поверхностей - прямоугольных в плане и шириной b, где угол внутреннего трения для структурированной среды и - для среды с нарушенной структурой.

Изобретение относится к области «Физики материального контактного взаимодействия» и касается определения границ упругого состояния материальной среды в массиве.

Зажимное устройство для трубы и установка для гидравлических испытаний под давлением // 2571161

Изобретение относится к компактному зажимному устройству (50) для трубы, пригодному для использования в установке для гидравлических испытаний под давлением с целью контроля качества трубы, полученной электросваркой методом сопротивления.

Способ определения модуля деформации материальной среды // 2566400

Изобретение относится к «физике материального взаимодействия», конкретно к способу определения модуля Eо общей деформации и модуля Eупр упругости материальной среды в условиях гравитационного взаимодействия pб и влияния атмосферного давления .

Способ определения прочности сцепления волокон в одноосноориентированных волокнистых композитных материалах // 2565358

Изобретение относится к способам определения прочности сцепления волокон в одноосноориентированных волокнистых композитных материалах, применяемых в строительных конструкциях и изделиях.

Тестирование жесткости на основе акустической эмиссии для pdc, pcbn или других вставок из твердого или сверхтвердого материала // 2549914

Использование: для тестирования истинной прочности или жесткости твердых или сверхтвердых компонентов, используя акустическую эмиссию. Сущность изобретения заключается в том, что устройство тестирования на основе акустической эмиссии содержит тестируемый образец, включающий твердую поверхность, акустический датчик, индентор, соединенный с твердой поверхностью, и нагрузку.

Способ определения прочности металлических запорных элементов обратного клапана гидрорезного оборудования // 2534003

Изобретение относится к области исследования и анализа твердых материалов путем определения их прочностных свойств, а именно определения коррозии и трещин в металлических запорных элементах - напорных клапанах высокого давления гидрорезного оборудования в процессе их циклического нагружения во время работы насоса, и может быть использовано для оценки их работоспособности.

Способ определения давления на грунт основания фундамента здания или сооружения, находящегося в эксплуатации // 2533742

Изобретение относится к области неразрушающего контроля и может быть использовано в строительной отрасли. Предлагаемый способ заключается в том, что предварительно выявляют место наибольшей осадки фундамента здания.

Способ управления режимом нагружения лабораторного пресса при испытании образца горной породы // 2530449

Изобретение относится к лабораторному моделированию в геофизике с применением электрогидравлического, программно управляемого пресса и может быть использовано для исследований процессов разрушения горных пород с целью отработки методик и алгоритмов прогнозирования сейсмической опасности в природных массивах.

Призматический образец для оценки прочности материала // 2516599

Изобретение относится к испытательной технике. Призматический образец имеет форму призмы, продольную и поперечную плоскости симметрии, два боковых выступа, расположенных продольно, по концам призмы - опорные поверхности, а в центральной ее части - поверхность нагружения поперечной испытательной нагрузкой.

Центробежная установка для испытания образца материала на прочность // 2510004

Изобретение относится к испытательной технике, к испытаниям на прочность. Центробежная установка содержит корпус, установленные на нем вал с приводом вращения, гидроцилиндр, закрепленный на валу перпендикулярно его оси, размещенные в гидроцилиндре поршень, фиксатор положения поршня в гидроцилиндре, захват для соединения с торцом образца, закрепленный на поршне в подпоршневой полости, и источник среды, соединенный с подпоршневой полостью гидроцилиндра посредством входного отверстия в гидроцилиндре.

Способ испытания обтекателей из хрупких материалов // 2580265

Изобретение относится к испытанию керамических обтекателей летательных аппаратов на разрушение. Способ включает создание избыточного давления во внутренней полости обтекателя. Предварительно на наружной поверхности обтекателя монтируют упругий перфорированный прозрачный чехол, на внутреннюю поверхность которого нанесен липкий слой, обеспечивающий возможность фиксации осколков обтекателя при его разрушении, и перфорированный защитный кожух, при этом пространство между наружной поверхностью упомянутого чехла и внутренней поверхностью кожуха заполняют резиновым материалом. Липкий слой на внутреннюю поверхность упругого чехла может быть нанесен двусторонним скотчем. Может быть использован резиновый материал в виде шариков. Обеспечивается возможность восстановления картины разрушения обтекателя при проведении опрессовки. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Способ определения механических свойств грунтов // 2600494

Изобретение относится к строительству, механике грунтов, инженерной геологии, горному делу, в частности к лабораторным испытаниям грунтов для определения их физико-механических свойств. Сущность: осуществляют подготовку образца грунта, установку образца в обойму прибора, создание осевого давления на образец и проведение измерения параметров, характеризующих состояние образца грунта. Для определения характеристик прочности грунта, в процессе роста осевого активного σ1,i давления производят измерение и бокового реактивного σз,i давления при сжатии образца грунта, для выявления величин осевого давления, превышающих структурную прочность, контролируют изменение отношения mi между приращениями бокового Δσзi и осевого Δσ1i и при произвольном значении осевого давления σ1,i, когда отношение mi-2=mi-1=mi=m=const, испытание прекращают с определением угла внутреннего трения: структурной прочности грунта: и сцепления: где σ1,i, σ3,i - текущие значения давлений, а σ1,i>σstr; m - коэффициент бокового давления грунта; в предельном состоянии по Кулону-Мору при σ1,i>σstr. Технический результат: возможность значительно сократить расходы на производство лабораторных исследований для определения механических свойств грунтов, снизить трудозатраты, а также повысить достоверность определения характеристик прочности грунта. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

Способ контроля прочности керамических оболочек типа тел вращения // 2614920

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано для контроля и исследования прочности керамических оболочек типа тел вращения. Сущность: осуществляют приложение статической нагрузки с помощью камеры из эластичного материала, помещенной внутрь испытуемой оболочки и соединенной с источником давления. Статическую нагрузку прикладывают к наиболее напряженной зоне оболочки, определяемой заданными условиями нагружения, напряженный объем материала которой определяют с использованием уравнений общей теории оболочек вращения или приближенными численными методами. Определяют среднее значение прочности материала оболочки при растяжении в напряженном объеме материала оболочки и величину прикладываемого давления рассчитывают по формулам. Технический результат: повышение достоверности контроля прочности керамических оболочек в процессе производства и при проведении опытно-конструкторских работ.

Способ хрусталева е.н. определения физических параметров прочности материальной среды // 2615598

Изобретение относится к области физики материального контактного взаимодействия, а именно к способам определения удельного сцепления и угла внутреннего трения материальной связной среды, воспринимающей давление свыше гравитационного.Способ 1 определения физических параметров прочности материальной среды плоским жестким штампом заключается в установлении при лабораторном сдвиге образцов, например, грунта и торфа ненарушенной структуры в условиях компрессии угла внутреннего трения и удельного сцепления С=Сстр среды при построении графика Кулона-Мора предельного состояния среды под давлением pi, где τi - напряжение сдвига среды под давлением сжатия pi, определении расчетного удельного веса среды ненарушенной и нарушенной структуры и , ее расчетного угла внутреннего трения с нарушенной структурой , расчетного бытового давления , на глубине h, определении уточненного значения:1) удельного сцепления подтопленной среды , , гравитационного давления , , удельного веса при , рб>0 и отсутствии атмосферного давления;2) удельного сцепления среды при уточненных значениях , , , - при , рб=0 и доступе атмосферного давления ратм=1,033 (кГ/см2);3) удельного сцепления среды , и уточняют значения: удельного веса среды , и уточняют значения удельного веса среды , и гравитационного давления , , рб.<0 и доступе атмосферного давления ратм=1,033 (кГ/см2).Способ 2 определения физических параметров прочности материальной среды сферическим штампом включает нагружение сухой среды усилием Р диаметром D с замером текущей осадки St до момента ее стабилизации во времени t, разгрузку сферы, определение ее контактной осадки So и по результатам испытаний - длительного сцепления Сдл, сферу в среду погружают не менее трех раз через динамометрический упругий элемент на заданную глубину St1<St2<Stk, величину которых поддерживают постоянной во времени t стабилизации соответствующих усилий P1, P2, Pk, после чего сферу разгружают с замером диаметра отпечатка диаметром dk. Далее рассчитывают осадки сферы при давлениях рср=Pk/[πSo(D-So)], строят график и касательные прямые к точкам графика, соответствующим усилиям P1, P2, Pk до пересечения с осью абсцисс; радиусами ρ, равными разнице значений рср и соответствующих им точек пересечения касательных с осью абсцисс, строят круги Мора и проводят к ним касательную прямую (maxτпр)=рср.⋅tgθ+Сэ до пересечения с осями абсцисс и ординат, с графика снимают предельный угол θ внутреннего трения грунта и отмеряют мгновенное эквивалентное сцепление Сэ, рассчитывают угол внутреннего трения среды в структурированном состоянии и удельное сцепление , радиусом Ro от начала координат графика проводят полуокружность, соприкасающуюся с ним и отсекающую на оси абсцисс точку, соответствующую предельному напряжению на растяжение σp=2Ro=2Сэ⋅cosθ/(1+sinθ), значению которого соответствует длительное сцепление .Далее через сферу к среде прикладывают возрастающее усилие Рс>Pk до момента стабилизации его предельной величины Pc=const при регистрации соответствующей ему осадки Sc среды, при которой угол сектора полуконтакта сферы со средой , где , и определяют величину длительного сцепления для мерзлой среды - как , для обычной грунтовой среды - как ,для торфяной среды - как: при сцеплении , а угол внутреннего трения среды уточняют как .За мгновенное эквивалентное сцепление грунтовой среды и торфа принимают величину атмосферного давления при предельном угле внутреннего трения среды , где - угол внутреннего трения среды с нарушенной структурой, удельное сцепление структурированной грунтовой среды и торфа определяют как , а величину длительного сцепления - по выражению при , для мерзлой и обычной грунтовой среды и торфа структурное сцепление определяют как , а эквивалентное сцепление как .Технический результат - получение при угле внутреннего трения достоверных значений параметров удельного сцепления материальной среды в сухом и обводненном состоянии в структурированном и нарушенном состоянии, уточняющих величину гравитационного давления среды рстр.б., рн.б. и ее удельного веса , . 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 6 ил.

Способ испытания керамических оболочек обтекателей // 2620782

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано для оценки и исследования прочности керамических оболочек при наземных испытаниях в составе обтекателей. Сущность: осуществляют приложение статической нагрузки с помощью камеры из эластичного материала, помещенной внутрь испытуемой оболочки, к наиболее напряженной зоне оболочки, определяемой заданными условиями нагружения, и вычисление напряженного объема материала этой зоны расчетными методами. В соответствии с заданными режимами наземных испытаний керамических оболочек в составе обтекателей вычисляют напряженный объем материала оболочки при наземных испытаниях в составе обтекателя с использованием уравнений общей теории оболочек вращения или приближенными численными методами. С учетом вычисленных напряженных объемов определяют величину растягивающих напряжений, эквивалентную растягивающим напряжениям в напряженном объеме материала оболочки при нагружении обтекателя эксплуатационной нагрузкой, и по ней определяют предельно допустимое давление при заданной вероятности неразрушения керамической оболочки. Технический результат: повышение достоверности соответствия результатов испытаний по оценке прочности керамических оболочек при нагружении внутренним давлением на промежуточных операциях изготовления обтекателей результатам наземных испытаний керамических оболочек в составе обтекателей за счет использования обоснованного расчетного метода для установления уровня прикладываемого давления, учитывающего условия нагружения обтекателей эксплуатационными нагрузками и, следовательно, на повышение эффективности результатов испытаний и, таким образом, на повышение точности оценки их несущей способности.

Барокамера // 2621779

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано для испытаний элементов глубоководной техники при давлениях, соответствующих предельным глубинам Мирового океана – более 100 МПа. Заявлена барокамера, содержащая корпус, крышку с уплотнительными элементами, средства подвода-отвода рабочего тела, а также средства измерения и контроля давления в полости корпуса. Корпус выполнен в виде обечайки, снабженной ребрами жесткости, которые с натягом установлены на внешней поверхности обечайки, в ее поперечной плоскости. Причем торцы обечайки снабжены крышками, выполненными в виде пластин с цилиндрическими выступами, сечение которых соответствует сечению обечайки. При этом цилиндрические выступы установлены в полости обечайки с возможностью перемещения вдоль продольной оси корпуса и снабжены уплотнительными элементами. Корпус барокамеры установлен в полости замкнутой силовой рамы с образованием между ними зазора, для чего замкнутая силовая рама установлена в продольной плоскости корпуса барокамеры, а ее полость образована сквозным отверстием, размер которого превышает размер корпуса вдоль его продольной оси. Торцевые грани сквозного отверстия имеют округлую форму, а в зазоре между пластинами крышек и торцевыми гранями сквозного отверстия замкнутой силовой рамы установлены, с обеспечением плотного контактирования с обращенными к ним поверхностями, опорные элементы. Технический результат - повышение прочности корпуса барокамеры за счет перераспределения напряжений в его стенках, снижение массогабаритных характеристик и снижение трудоемкости изготовления барокамеры. 6 з.п. ф-лы, 1 ил.

Способ контроля тонкостенных стеклопластиковых оболочек // 2623662

Изобретение относится к технике наземных испытаний элементов летательных аппаратов и может быть использовано в процессе контроля тонкостенных стеклопластиковых оболочек. Способ включает создание перепада давления по стенке оболочки и одновременную регистрацию нормальных перемещений поверхности оболочки при ее вращении вокруг своей оси с помощью неподвижных датчиков, расположенных в одной плоскости с осью оболочки вдоль ее образующей. Оценку годности тонкостенной оболочки осуществляют по результатам сравнения значений максимальных перемещений поверхности оболочки с их базовыми значениями. Изобретение позволяет упростить процесс контроля за счет уменьшения количества датчиков перемещения (деформаций), уменьшить трудоемкость и сохранить целостность оболочки. 1 ил.

Устройство для исследования прочностных свойств сочных кормов // 2624097

Изобретение относится к устройствам, предназначенным для исследования процесса резания материалов рабочими органами измельчителей, преимущественно сочных кормов (корнеклубнеплоды, бахчевые культуры). Устройство содержит станину с нижним и верхним основаниями, между основаниями станины расположены два винта, вращающиеся в подшипниковых узлах. Привод винтов осуществляется от вала электродвигателя с регулируемой частотой вращения через шестерню на два колеса, имеющих жесткую посадку и закрытых сверху кожухом. Жесткая связь колес с шестерней исключает какое-либо проскальзывание при передаче вращательного движения. Технический результат: расширение возможностей при исследовании процесса резания, а также повышение точности измерений. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Способ и образец для определения прочности муфтового сварного соединения полимерных труб // 2627170

Изобретение относится к области испытаний соединения полимерных труб, полученного посредством сварки с использованием накладной муфты. Сущность: вырезают из муфтового сварного соединения образец, содержащий части соединяемых полимерных труб и перекрывающую их и приваренную к ним часть муфты. Подвергают вырезанный образец испытанию на растяжение, проводимому при заданных условиях. Площадь подвергаемого испытанию сварного соединения в образце не превышает площади минимального поперечного сечения образца вне области сварного соединения. Технический результат: возможность более точного определения прочности сварного шва при муфтовой (раструбной) сварке полимерных труб и расширение арсенала технических средств. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 3 ил.

Способ лабораторного испытания грунтов // 2628874

Изобретение относится к исследованию деформационных и прочностных свойств грунтов при инженерно-геологических изысканиях в строительстве. Способ включает деформирование образца грунта природного или нарушенного сложения в условиях трехосного осесимметричного гидростатического и последующего девиаторного нагружения, дающих возможность ограниченного бокового расширения образца грунта, близкого к реальным условиям, затем после установления условной стабилизации при статическом режиме достижением скорости деформирования образца, соответствующей условной стабилизации деформации образца на данной ступени деформирования, переходят поочередно на следующие ступени испытания, а по окончании испытаний, по конечным результатам, полученным на каждой из ступеней испытания, строят график зависимости относительной осевой деформации от осевых напряжений и определяют искомые характеристики грунта, причем после стабилизации деформаций гидростатического нагружения выполняют контролируемое девиаторное нагружение, первая часть которого - дозированное кинематическое нагружение с управляемой скоростью деформации и ограничением по приращению осевых напряжений, а вторая часть - стабилизация напряженно-деформированного состояния образца в режиме ползучести - релаксации напряжений по условной стабилизации модуля общей деформации, многократно повторяя нагружения и стабилизацию до достижения предельного напряженного состояния, а далее продолжают (при необходимости) только кинематическое нагружение до величины предельной относительной осевой деформации. Достигается ускорение испытаний при определении различных характеристик любых разновидностей нескальных грунтов. 1 пр., 4 ил.