Стенд для исследования энергообмена при сдвиге

Авторы патента:

G01N3/24 - путем приложения постоянных сдвигающих усилий (G01N 3/26,G01N 3/28 имеют преимущество)

Владельцы патента RU 2608695:

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский горный университет" (RU)

Изобретение относится к испытательной технике, к устройствам для испытания материалов, в частности горных пород, при исследовании энергообмена в массиве горных пород с целью прогноза и предотвращения опасных динамических явлений. Стенд содержит опорную раму, размещенные в ней захват для образца и захват для контробразца, механизм взаимного поджатия образцов, связанный с захватом для образца, механизм взаимного перемещения образцов, связанный с захватом для контробразца. Стенд дополнительно снабжен дополнительными захватами для дополнительных контробразцов, дополнительными механизмами взаимного перемещения контробразцов, соединенными с соответствующими дополнительными захватами для дополнительных контробразцов, фиксаторами для последовательного соединения дополнительных захватов дополнительных контробразцов друг с другом и с захватом для образца, и фиксатором для соединения захвата для контробразца с основанием. Технический результат: повышение объема информации путем обеспечения исследований на сдвиг как по одной, так и по нескольким плоскостям сдвига при изменении количества и места расположения плоскостей сдвига в ходе испытаний. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Известна установка для испытания образцов при плоском напряженном состоянии (авторское свидетельство SU №1603224, опубл. 30.10.1990 г.), содержащая опорную раму, размещенные в ней захват для образца и захват для контробразца, механизм взаимного поджатая образцов, связанный с захватом для образца, механизм взаимного перемещения образцов, связанный с захватом для контробразца. Сдвиг осуществим только по одной плоскости контакта между образцами.

Недостаток установки состоит в том, что она не обеспечивает выполнение исследований на сдвиг как по одной, так и по нескольким плоскостям сдвига при изменении количества и места расположения плоскостей сдвига в ходе испытаний.

Известна установка для испытания горных пород на трение (авторское свидетельство SU №1601560, опубл. 23.10.1990 г.), содержащая опорную раму, размещенные в ней захват для образца и захват для контробразца, механизм взаимного поджатия образцов, связанный с захватом для образца, механизм взаимного перемещения образцов, связанный с захватом для контробразца. Сдвиг осуществим только по одной плоскости контакта между образцами.

Недостаток установки состоит в том, что она также не обеспечивает выполнение исследований на сдвиг как по одной, так и по нескольким плоскостям сдвига при изменении количества и места расположения плоскостей сдвига в ходе испытаний.

Известна установка для испытания образцов при плоском напряженном состоянии (авторское свидетельство SU №1448239, опубл. 30.12.1988 г.), содержащая опорную раму, размещенные в ней захват для образца и захват для контробразца, механизм взаимного поджатия образцов, связанный с захватом для образца, механизм взаимного перемещения образцов, связанный с захватом для контробразца. Сдвиг осуществим только по одной плоскости контакта между образцами.

Недостаток установки также состоит в том, что она не обеспечивает выполнение исследований на сдвиг как по одной, так и по нескольким плоскостям сдвига при изменении количества и места расположения плоскостей сдвига в ходе испытаний.

Известна установка для испытания образцов горных пород (авторское свидетельство SU №1523953, опубл. 23.11.1989 г.), содержащая опорную раму, размещенные в ней захват для образца и захват для контробразца, механизм взаимного поджатия образцов, связанный с захватом для образца, механизм взаимного перемещения образцов, связанный с захватом для контробразца. Сдвиг осуществим только по одной плоскости контакта между образцами.

Известен стенд для исследования энергообмена в массиве горных пород (патент RU №2364853, опубл. 20.08.2009 г.), принятый за прототип. Стенд для исследования энергообмена при сдвиге содержит опорную раму, размещенные в ней захват для образца и захват для контробразца, механизм взаимного поджатия образцов, связанный с захватом для образца, механизм взаимного перемещения образцов, связанный с захватом для контробразца.

Данный стенд также реализует сдвиг только по одной плоскости и не обеспечивает выполнение исследований на сдвиг как по одной, так и по нескольким плоскостям сдвига при изменении количества и места расположения плоскостей сдвига в ходе испытаний. Это ограничивает объем информации при исследованиях на сдвиг.

Техническим результатом изобретения является повышение объема информации путем обеспечения исследований на сдвиг как по одной, так и по нескольким плоскостям сдвига при изменении количества и места расположения плоскостей сдвига в ходе испытаний.

Технический результат достигается тем, что стенд снабжен дополнительными захватами для дополнительных контробразцов, дополнительными механизмами взаимного перемещения контробразцов, соединенными с соответствующими дополнительными захватами для дополнительных контробразцов, фиксаторами для последовательного соединения дополнительных захватов дополнительных контробразцов друг с другом и с захватом для образца, и фиксатором для соединения захвата для контробразца с основанием. Механизмы взаимного поджатия и взаимного перемещения снабжены аккумуляторами энергии.

Стенд для исследования энергообмена при сдвиге поясняется следующими фигурами:

фиг. 1 - схема стенда;

фиг. 2 - схема фиксатора (узел А), где:

1 - опорная рама;

2 - захват;

3 - образец;

4 - захват для контробразца;

5 - контробразец;

6 - механизм взаимного поджатия образцов;

7 - механизм взаимного перемещения образцов;

8 - дополнительный захват для дополнительного контробразца;

9 - дополнительный захват для дополнительного контробразца;

10 - дополнительный захват для дополнительного контробразца;

11 - дополнительный контрбразец;

12 - дополнительный контробразец;

13 - дополнительный контробразец;

14 - дополнительный механизм взаимного перемещения;

15 - дополнительный механизм взаимного перемещения;

16 - дополнительный механизм взаимного перемещения;

17 - фиксатор;

18 - фиксатор;

19 - аккумулятор энергии;

20 - источник давления;

21 - вентиль;

22 - вентиль;

23 - хвостовик;

24 - плита;

25 - плита;

26 – каретка.

Стенд для исследования энергообмена при сдвиге содержит опорную раму 1, размещенные в ней захват 2 для образца 3 и захват 4 для контробразца 5, механизм 6 взаимного поджатия образцов, связанный с захватом 2 для образца, механизм 7 взаимного перемещения образцов, связанный с захватом 4 для контробразца 5.

Стенд снабжен дополнительными захватами 8, 9, 10 для дополнительных контробразцов 11, 12, 13, дополнительными механизмами 14, 15, 16 взаимного перемещения по числу дополнительных захватов для контробразца, соединенными с соответствующими дополнительными захватами для контробразца, и фиксаторами 17 для последовательного соединения захватов 4, 8, 9, 10 для контробразца друг с другом и с захватом 2 для образца, и фиксатором 18 для соединения захвата 4 для контробразца 5 с основанием 1.

Механизмы взаимного поджатия и взаимного перемещения снабжены аккумуляторами 19 энергии.

Механизм 6 взаимного поджатия и механизмы 7, 14, 15, 16 взаимного перемещения могут быть выполнены гидравлическими, соединенными с источником 20 давления через типовые вентили 21. Вентилем 22 перекрывают механизм поджатия 6. Фиксаторы 17 (см. фиг. 2, узел А) могут быть выполнены в виде электромагнита, хвостовика 23, жестко соединенного с электромагнитом и подвижно размещенного в отверстии в плите 24, закрепленной, например, на одном из захватов 8. Такая же плита 25, предназначенная для взаимодействия с электромагнитом 17, закреплена, например, на соседнем захвате 6. Электромагниты соединены с прибором управления (не показан). Захват 4 для контробразца 5 размещен на каретке 26 и имеет фиксатор 18 для соединения с основанием 1 через каретку 26.

Стенд работает следующим образом.

Для задания исходного силового и энергетического положения эксперимента включают источник 20 и при открытом вентиле 22 через механизм 6 производят взаимное поджатие образцов 3, 5, 11, 12, 13 с заданным усилием, после чего вентиль 22 закрывают. Включают электромагниты фиксаторов 17 и соединяют дополнительные захваты 4, 8, 9, 10 для контробразцов с захватом 2 для образца 3. Фиксатор 18 при этом выключен. Источником 20 через вентили 21 создают на механизмах 7, 14, 15, 16 заданные сдвигающие нагрузки на соответствующих образцах 5, 11, 12, 13 и соответствующие запасы энергии на аккумуляторах 19. Для реализации сдвига по одной плоскости выключают один из фиксаторов 17 и обеспечивают тем самым возможность сдвига по плоскости контакта между выбранными образцами. При этом усилие сдвига и запасенная энергия определяются суммой усилий и суммой энергий на механизмах нагружения, соединенных соответствующими фиксаторами с кареткой 26. Так, если соответствующим фиксатором разъединяют захват 2 и захват 8, то плоскостью сдвига будет плоскость между образцами 3 и 13, усилие сдвига будет равно сумме усилий на механизмах 7, 14, 15, 16, а запас энергии будет равен сумме запасенных энергий на аккумуляторах 19 механизмов 7, 14, 15, 16. Если выключают, например, фиксатор, соединяющий захват 4 с захватом 10, то усилие и энергия сдвига определяются только механизмом 7, а плоскость сдвига располагается между образцами 5 и 11. Для реализации сдвига по двум плоскостям после задания исходного положения, как описано выше, включают фиксатор 18 и соединяют захват 4 для контробразца 5 с основанием 1 через каретку 26. Выключают два фиксатора 17, которые соединяют соответствующий захват контробразца с соседними захватами. Так, если выключают фиксаторы 17, соединяющие дополнительный захват 9 для контробразца 12 с захватами 8 и 10, то плоскостями сдвига будут плоскости контакта образца 12 с образцом 13 и образца 12 с образцом 11. Силовые и энергетические показатели задаются механизмом 15. Если, например, захваты 9 и 10 остаются соединенными, а разъединяют захват 8 с захватом 9 и захват 10 с захватом 4, то плоскостями сдвига становятся плоскости между образцами 12, 13 и образцами 5, 11. Для испытаний при сдвиге по нескольким плоскостям выключают все фиксаторы последовательно или одновременно. Силовые и энергетические показатели характеристики энергообмена определяются в каждый момент эксперимента отдельно в зависимости от схемы переключения фиксаторов. Выбор плоскостей сдвига, силовые энергетические параметры испытаний определяются задачами исследований.

Предлагаемый стенд обеспечивает выполнение исследований на сдвиг как по одной, так и по нескольким плоскостям сдвига при изменении количества и места расположения плоскостей сдвига в ходе испытаний, что повышает объем информации при исследованиях на сдвиг.

1. Стенд для исследования энергообмена при сдвиге, содержащий опорную раму, размещенные в ней захват для образца и захват для контробразца, механизм взаимного поджатия образцов, связанный с захватом для образца, механизм взаимного перемещения образцов, связанный с захватом для контробразца, отличающийся тем, что он снабжен дополнительными захватами для дополнительных контробразцов, дополнительными механизмами взаимного перемещения контробразцов, соединенными с соответствующими дополнительными захватами для дополнительных контробразцов, фиксаторами для последовательного соединения дополнительных захватов дополнительных контробразцов друг с другом и с захватом для образца, и фиксатором для соединения захвата для контробразца с основанием.

2. Стенд по п. 1, отличающийся тем, что механизмы взаимного поджатия и взаимного перемещения снабжены аккумуляторами энергии.

Изобретение относится к технике наземных испытаний элементов летательных аппаратов (ЛА). Сущность: осуществляют силовое нагружение на сдвиг и измерение деформаций соединения.

Устройство для испытания материала на сдвиг и кручение при скорости деформации 102-105 с-1, способ определения зависимости максимального касательного напряжения от деформации сдвига в образце материала в виде сплошного цилиндрического стержня и способ определения зависимости напряжения от деформации сдвига в образце материала в виде тонкостенной цилиндрической трубы с использованием этого устройства // 2584344

Изобретение относится к испытательной технике, к устройствам для испытаний материалов на сдвиг и кручение и может быть использовано в машиностроении. Устройство содержит нагружающий и опорный стержни, снабженные тензодатчиками, между которыми размещен образец.

Способ установления предельного состояния деформируемой материальной среды // 2555504

Изобретение относится к физике материального контактного взаимодействия, конкретно к способу установления предельного состояния деформируемой сжимающей и растягивающей нагрузкой материальной среды.

Способ определения предела прочности и модуля упругости при сдвиге клеевых соединений металлических образцов при индукционном нагреве // 2548607

Изобретение относится к методам определения механических характеристик клеевых соединений при интенсивных тепловых воздействиях. Сущность: осуществляют индукционный нагрев образца клеевого соединения до заданной температуры со скоростью 5-50°C/с и определяют искомые характеристики.

Устройство для испытания образцов материалов на совместное действие усилий растяжения, среза и изгиба // 2548391

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано для испытания образцов строительных материалов на совместное действие усилий растяжения, среза и изгиба, и позволяет испытывать образцы материалов при различных комбинациях нагружения их усилиями растяжения, среза и изгиба в совокупности с разрывной машиной.

Стенд для исследования процесса энергообмена в образцах горных пород // 2544871

Изобретение относится к испытательной технике, к устройствам для испытания материалов, в частности горных пород, при исследовании процесса энергообмена в образцах горных пород с целью прогноза и предотвращения опасных динамических явлений.

Способ определения физических параметров прочности нарушенной структуры материальной среды // 2537725

Изобретение относится к области физики материального (контактного) взаимодействия, а именно к способу определения угла φн внутреннего трения и удельного сцепления - сн материальной связной среды нарушенной структуры, воспринимающей давление свыше гравитационного.

Устройство для определения сдвиговой прочности растительных материалов // 2534727

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения прочности растительных материалов (соломы, зерен злаков, отходов древесины и др.) в условиях сдвига с целью обоснованного расчета и конструирования измельчающего оборудования.

Установка для испытания стержневых образцов материалов на послойный срез при действии осевой нагрузки // 2518849

Изобретение относится к испытательной технике, к испытаниям на прочность. Установка содержит основание, установленный на нем барабан, резец для взаимодействия с образцом, закрепленный на барабане коаксиально последнему, держатель образца в виде обоймы, толкатель для взаимодействия с одним из торцов образца, упор для взаимодействия со вторым торцом образца и механизм перемещения толкателя, выполненный в виде пресса.

Способ проведения испытаний на сдвиг и устройство для его реализации // 2511624

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к способам и устройствам для испытания на сдвиг, и может быть использовано при изготовлении многослойных панелей в самолетостроении, судостроении, строительстве и других отраслях промышленности.

Способ определения коэффициента надреза // 2610576

Изобретение относится к области обработки металлов резанием. Способ включает шаговую резку наклонными ножами клиновых листовых образцов в направлении увеличения их ширины, регистрацию усилия резания и определение ширины образца при каждом резе, на основании которых строят график зависимости усилия резания от ширины зоны резания, по которому устанавливают минимальное значение ширины образца в зоне резания, где усилие резания достигает максимального значения. Используя упомянутую ширину, толщину образца и угол наклона ножей, вычисляют коэффициент надреза. Использование изобретения позволяет повысить достоверность определения коэффициента надреза, что обеспечивает повышение точности расчета усилия резания. 3 з.п. ф-лы, 5 ил.

Образец для определения модуля упругости и предела прочности высокомодульных углепластиков при сдвиге в плоскости листа // 2617776

Изобретение относится к испытательной технике, а именно к образцам, и позволяет испытывать полимерные композиционные материалы (ПКМ) на сдвиг в плоскости листа, а точнее высокомодульные углепластики, с укладкой слоев под углом ±45°. Испытательный образец для определения модуля упругости и предела прочности высокомодульных углепластиков при сдвиге в плоскости листа, выполнен в форме прямоугольной пластины с защитными накладками, имеющей рабочую часть, состоящую из двух рабочих зон между симметрично расположенными на противоположных сторонах пластины двумя парами вырезов U-образной формы вдоль линии приложения нагрузки. Радиус скругления R каждого выреза составляет диапазон величин от 5 до 10 мм, при этом размеры рабочей зоны выбираются из соотношения: l/b=5÷10, где l - длина рабочей зоны, b - ширина рабочей зоны. В центральной части образца перпендикулярно линии приложения нагрузки выполнены сквозные отверстия. Предлагаемый образец позволяет достичь при испытаниях равномерного напряженно-деформированного состояния в рабочей части образца, обеспечить максимальное снижение уровня концентраторов напряжений, что дает возможность повысить точность и достоверность определения прочностных характеристик высокомодульных углепластиков. 4 ил., 1 табл.

Способ оценки прочности при сдвиге клеевого соединения керамического обтекателя // 2620775

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано для контроля и исследования прочности при сдвиге клеевых соединений оболочек типа тел вращения. Сущность: осуществляют определение величины разрушающей силы при статическом нагружении клеевого соединения образца типа «труба в трубе» сжимающими усилиями, вызывающими сдвиг внутренней трубы относительно внешней трубы в направлении оси образца. Размеры клеевого соединения модельного образца и сжимающее усилие, в результате которого в клеевом слое возникают деформации сдвига, подбираются с учетом соответствия напряженного состояния клеевого слоя в клеевом соединении керамического обтекателя и напряженного состояния клеевого соединения модельного образца с использованием конечно-элементных моделей. Соотношение между эквивалентными напряжениями в клеевом слое клеевого соединения керамического обтекателя, геометрическими параметрами клеевого слоя модельного образца и усилием, сдвигающим внутреннюю трубу модельного образца, определяется по формуле. Технический результат: повышение эффективности контроля прочности клеевого соединения керамических обтекателей в процессе производства и при проведении опытно-конструкторских работ за счет замены испытаний натурных изделий их моделями, воспроизводящими условия работы клеевого соединения. 2 ил.

Способ определения критического коэффициента интенсивности напряжения бетона // 2621618

Изобретение относится к области строительства и может быть использовано в научных и производственных лабораториях для определения критического коэффициента интенсивности напряжения в образцах бетона, используемого, например, в железобетонных элементах зданий и сооружений. Сущность: в образце-призме бетона создают зону концентрации напряжения путем нанесения двух симметричных надрезов на одной грани образца бетона, после чего образец нагружают до разрушения, замеряют разрушающую нагрузку и определяют критический коэффициент интенсивности напряжения по формуле где Р – разрушающая нагрузка, MН; Y – поправочный коэффициент; t – ширина образца, м; H – расстояние от надреза до грани образца, м; l – глубина надреза l=b/4, здесь b – высота образца, м. Технический результат: повышение точности и достоверности определения критического коэффициента интенсивности напряжения путем образования зон концентраций напряжения в виде надрезов. 1 ил., 2 табл.

Способ определения критического коэффициента интенсивности напряжения бетона после воздействия на него высоких температур // 2621623

Изобретение относится к области строительства и может быть использовано в научных и производственных лабораториях для определения критического коэффициента интенсивности напряжения в образцах бетона, используемого, например, в железобетонных элементах зданий и сооружений. Сущность: образец-призму бетона в возрасте 28 суток или более, хранившегося в нормальных условиях, подвергают прогреву в электрической печи со скоростью подъема температуры в 2оС/мин до температуры от 100 до 700оС, после чего выдерживают в течение 4-х часов при максимальной температуре, затем после естественного остывания в печи в образце образуют зону концентрации напряжения путем нанесения двух симметричных надрезов на одной грани образца бетона, после чего образец нагружают до разрушения, замеряют разрушающую нагрузку. Определяют критический коэффициент интенсивности напряжения по формуле где Р – разрушающая нагрузка, MН; Y(l, b) – поправочный коэффициент; t – ширина образца, м; H – расстояние от надреза до грани образца, м; l - глубина надреза, l=b/4, здесь b - высота образца, м. Технический результат: повышение точности и достоверности определения критического коэффициента интенсивности напряжения путем образования зон концентраций напряжения в виде надрезов. 2 табл., 1 ил.

Образец для испытаний сотового заполнителя // 2634020

Изобретение относится к исследованию прочностных свойств материалов и может применяться при аттестации сотовых структур при изготовлении трехслойных конструкций кораблестроения, авиастроения и космической техники. Образец включает два одинаковых блока сотового заполнителя с приклеенными к их торцевым поверхностям обшивочными элементами, установленными между боковыми и центральной металлическими пластинами. Через пластины передается нагружение при испытаниях. Центральная и боковые пластины со стороны, противоположной приложению нагрузки при испытаниях, содержат выступы за пределы блока сотового заполнителя с образованием ступеньки. Высота ступеньки превышает толщину обшивочного элемента и выполнена с плотным прилеганием к торцу обшивочного элемента. Обеспечивается увеличение надежности испытания и снижение расходов материала при аттестации сотового заполнителя. 2 ил.

Устройство для определения предела прочности снежного покрова на лавиноопасных склонах // 2644445

Изобретение относится к устройствам для оценки механических и прочностных характеристик снежного покрова непосредственно в месте непосредственного залегания на лавиноопасных склонах горнолыжных комплексов. Устройство содержит цилиндр, внутри которого размещен шток, с наконечником, выполненным в виде нагрузочного диска, метательное устройство пружинного типа, оснащенное фиксатором поджатия пружины и спусковым устройством, а также тензометрическими датчиками, подключенными к измерителю. К основанию цилиндра жестко прикреплена металлическая тонкостенная обойма, у которой внутренний диаметр равен внутреннему диаметру цилиндрического корпуса. При этом устройство содержит дополнительно демпфер, выполненный в виде упругого кольца, который размещен в полости цилиндра между штоком и нагрузочным диском. Упругое кольцо жестко прикреплено к центру диска, а верхней частью - к штоку, при этом тензометрический датчик размещен на боковой поверхности упругого кольца в месте наибольшего его изгиба при воздействии силовой нагрузки. Упругое кольцо изготовлено из ленточной пружинной стали, а нагрузочный диск выполнен из пластика или дерева. Устройство позволяет в полевых условиях с высокой точностью получать репрезентативные значения мгновенной прочности снега на одноосное сжатие без возможности бокового расширения. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.