Установка для испытания материалов на динамическое сжатие

(191 (111 9/00 4 С 01 И 3/30// РЕТЕН ВУ кл. У СССР 985.Иссле- горных ев Н.Войствтях пр1968. оже ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ ОПИСАНИ К АВТОРСКОМУ Г 21) 4 196908/22-03(56) Авторское свидетелУ 1158891, кл. С 01 ИСтаврюгин А.Н., Фокдование механических спород при разных скоронагрузки, ФТПРПИ, У 3,(54) УСТАНОВКА ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ МАТЕРИАЛОВ НА ДИНАМИЧЕСКОЕ СЖАТИЕ(57) Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано для испытания образцов горныхпород. Цель изобретения - расширениетехнологических возможностей путемпослойного разрушения образца с нагружением каждого слоя нагрузкой разной интенсивности. На основании 1 установлены неподвижный захват 2 дляобразца 3, стойки 13 и направлякш(ая1430814 труба 12. На стойках 13 установленс возможностью перемещения падающийгруз (ПГ) 6, В направляющей трубе 12установлены подвижный захват 4, упругий элемент (УЭ) 5 с нелинейнойхарактеристикой жесткости и дополнительные промежуточные захваты 9, 10,11. Количество захватов соответствует числу слоев нагружения. Захватыкаждого слоя связаны с захватами соседних слоев поворотными упорами(ПУ) 7. Последние установлены с возможностью поочередного взаимодействияс ПГ 6. Для деформирования УЭ 5 имеется средство 8, выполненное в виде гидроцилиндра. При подаче давления вгидроцилиндр 8 он деформирует УЭ 5,Изобретение относится к испытательной технике, в частности к установкам для испытания материалов на прочность прискоростном нагружении, и предназначено для испытания образцов горных пород. Цель изобретения - расширение технологических возможностей путем послойного разрушения образца с нагру- .10 жением каждого слоя нагрузкой различной интенсивности.На чертеже представлена схема установки для испытания материалов на динамическое сжатие, 15Установка содержит основание 1, неподвижный захват 2 для образца 3 испытуемого материала, закрепленньй на основании 1, подвижный захват 4, упругий элемент 5 с нелинейной ха рактеристикой жесткости, соединенный с подвижньп 4 захватом 4, падающий груз Ь, поворотные упоры 7, установленные с воэможностью поочередного взаимодействия с падающим грузом 6, сред ство 8 для деформирования упругого элемента 5 и дополнительные промежуточные захваты 9, 10 и 11, количество которых соответствует числу слоев нагружения, размещенные меяду 30 подвижным 4 и неподвижным 2 захватами, Захваты 2, 9, 10 и 11 связаны с захватами соседних слоев разрушения Усилие от УЭ 5 воспринимается ПУ 7н на образец 3 не передается. Припадении ПГ 6 поворачивает ПУ 7, закрепленные на захвате 9, которые выходят из взаимодействия с захватом 4.Образец 3 нагружается на участке между захватами 4 и 9 и разрушается. Придальнейшем падении ПГ 6 приводит кповороту ПУ 7, закрепленных на захвате 10, затем на захватах 11 и 12. Помере послойного разрушения образца 3происходит восстановление формы деформированного УЭ 5 по криволинейнойх-ке, интенсивность нагружения меняется. В качестве УЭ 5 с нелинейнойх-кой могут использоваться, например,конические пружины. 1 илповоротными упорами 7, установленными с возможностью поочередного взаимодействия с падающим грузом, прикотором связь с соседним эахватомпрекращается.Средство 8 для деформированияупругого элемента 5 выполнено, например, в виде гидроцилиндра, подключенного к насосной станции (не показана). Направляющая труба 12 истойки 13 предназначены для перемещения груза 6, а лебедка 14- длявозвращения груза 6 в исходное положение.Установка для испытания материаловна динамическое сжатие работает следующим образом. Включают насосную станцию (не показана) и путем подачи давления в рабочую полость гидроцилиндра 8 деформируют сжатием упругий элемент 5. Усилие от упругого элемента 5 при его предварительной деформации воспринимается упорами 7 и на образец 3 не передается. Приводят в действие фиксирующий механизм лебедки 14 и осуществляют сброс груза 6, При падении груз 6 поворачивает упоры 7, закрепленные на захвате 9, упоры выходят из взаимодействия с соседним захватом 4 и образец 3 нагружается14 50 ВНИИПИ Заказ 5335/44 Тираж 847 Подписное Произв-полигрпр-тие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 14308 пружиной на участке от захвата 4 до захвата 9 и разрушается. При дальнейшем падении груз 6 приводит к повороту упоры 7, закрепленные на захвате 10, а затем на захватах 11 и 2. Вся 5 кий раз поворот очередных упоров 7 приводит к разрушению соответствующего слоя образца 3 и к его разрушению при достаточном запасе энергии 10 на пружине 5. По мере послойного 1разрушения образца 3 происходит восстановление деформации упругого элемента 5 по криволинейной характеристике, поэтому интенсивность расхода 15 упругой энергии изменяется при нагружении каждого из слоев. Так, деформирование первого из слоев идет при более крутой характеристике расхода энергии, т,е. при большем па денни усилия на упругом элементе 5 на единицу деформации образца 3, чем при разрушении последующих слоев.Следующий опыт проводят при новом запасе энергии, т,е. при иной величи не начальной деформации упругого элемента 5 и при новых характеристике жесткости упругого элемента 5 и скорости перемещения фронта разрушения по слоям (достигается изменением ве са груза 6 и начальной высоты подьема). Исследуют случаи полного или частичного разрушения образца. Во всех случаях исследуют характер разрушения каждого слоя.В качестве упругих элементов 5 применяют элементы с нелинейной характеристикой жесткости, например конические пружины,На предлагаемой установке дости гается моделирование явления горного удара. При послойном разрушении элемента массива горных пород при горном ударе разрушение идет с нелинейным изменением запаса упругой энергии на вмещающих породах, поскольку диаграмма упругого деформирования массива сжатием имеет нелинейный характер с нарастанием крутизны с ростом нагрузки (за счет смятия контактных слоев, закрытия природных трещин), Расход упругой энергии массива идет в обратном направлении по диаграмме нагружения, т,е, по мере разгрузки массива характеристика жесткости становится более пологой.При послойном разрушении выполаживающаяся характеристика расхода энергии системы приводит к снижению запаса избыточной энергии при развитии разрушения от слоя к слою, что изменяет характер разрушения от хрупкого к вязкому. Возможно наступление момента, когда энергии системы будет недостаточно для разрушения очередного слоя породы и процесс разрушения прекратится,Возможно исследование энергетического ъзаимодействия между нагружающим массивом горных пород и его элементами (целиками, стенками выработок) при послойном нагружении, характерном для разрушения при горном ударе. Результаты испытаний применимы при составлении баланса энергии разрушения и при прогнозе объема и характера разрушения в различных горно- технических ситуациях. Формула и з о б р е т е н и я Установка для испытания материалов на динамическое сжатие, содержащая основание, закрепленный на основании неподвижный захват для образца, подвижный захват, соединенный с подвижным захватом упругий элемент, имеющий нелинейную характеристику жесткости, установленный в направлякщих падающий груз и взаимодействующий с ним упор, о т л и ч а ю - щ а я с я тем, что, с целью расширения технологических возможностей путем послойного разрушения образца с нагружением каждого слоя нагрузкой различной интенсивности, она снабжена средством для деформирования упругого элемента, размещенными между подвиж- ным и неподвижным захватами дополни" тельными захватами для образца, количество которых соответствует числу слоев нагружения, связанными с захватами поворотными упорами, при этом захваты каждого, слоя связаны с захватами соседних слоев поворотнымиупорами, установленными с возможностью поочередного взаимодействия с падающим грузом.