Способ измерения механических напряжений в моделях из эквивалентных материалов

СОЮЗ СОВЕТСНИХОаилапйеаикРЕСПУБЛИК зр Е 21 С 39/Оо ИЯ,ОБРЕТ ХАНИЧЕС"3 ЭКВИВАающийсяастков ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И. 01 НРЬПИЙ ОПИСАНИЕ ИК АВТОРСЙОМУ СВИДЕГВЪСТВ(46) 30.12.84. Бюл. Р 48 (72) Ю.И.Протасов, И.П.Зборщик, Е.И.Назимко и В.В.Назимко (71) Донецкий ордена Трудового Красного Знамени политехнический институт(53) 620,1.62.4.05:622.23.02(088,8) (56) 1. Кузнецов Г.Н. и др. Иоделирование проявлений горного давления, Л., "Недра", 1968, с.149-1502. Авторское свидетельство СССР В 881318, кл. Е 21 С 39/00, 1978 (прототип).(54)(57) СПОСОБ ИЗИЕРЕНИЯ ИЕКИХ НАПРЯЖЕНИЙ В ИОДЕЛЯХ ИЛЕНТНЫХ ИАТЕРИАЛОВ, заключв тарировке чувствительных учмодели и определении величинымеханических напряжений по изменениюэлектрического сопротивления эквивалентного материала на исследуемыхучастках, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что, с целью повышения точнос 1 и измерений механических напряжений, производят объемное насыщениеисследуемых чувствительных участковмодели полупроводящнм веществом.1 11320Изобретение относится к горному делу и может быть использовано для измерения механических напряжений в моделируемом с помощью эквивалентных материалов массиве горных пород.Известен способ измерения механических напряжений в модели из экви-, валентных материалов, заключающийся в том, что во время закатки внутри модели закладываЬт оттарированные . тензометрические датчики, имеющие электрические выводы, а при отработке модели измеряют сопротивление тензометрических датчиков, по которому судят о напряжениях в модели Ц,Недостатком данного способа является значительная погрешность измерений из-за больших размеров датчиков и отличия упругих свойств матери. ала датчика и эквивалентного материала. Заложенный внутри модели датчик концентрирует напряжения вокруг себя, искажая результаты измерений на 30 в ,607.Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является способ измерения механических напряжений в моделях из эквивалентных материалов, заключающийся в тарировке чувствительных участков модели и30 определении величины механических на-. пряжений по изменению электрического сопротивления эквивалентного материала на исследуемых участках 21.. Недостатком способа является низ" кая точность измерения напряжений, обусловленная электрической взаимосвязью всего тела модели в целом. Ис" пытания способа свидетельствуют, что показания прибора, измеряющего электросопротивления на отдельных участках массива, почти не зависят от мес. тоположения точки измерения. Такое положение закономерно и объясняется основами электротехники. Поскольку вся модель выполнена из токопроводя щего материала и монолитна, ее можно представить в виде последовательно-параллельного соединения бесконеч ного числа резисторов. Однако в этом случае изменение номинала любого из полупроводящих элементов приводит согласно закону Ома-Кирхгофа к из"менению номинала остальных цепей, т.е. при всем желании мы не можем измерить сопротивление отдельного участка в чистом виде. На измерения будут влиять примыкающие области модели, что приводит к путанице и 17 Ъснижению точности на 40 - 607.Особенно сильное взаимовлияние сказывается при измерении вблизи областей повышенного сжатия (высоких механических напряжений), так как измеряемый ток всегда будет стремиться в область низкого сопротивления, обусловленного сильным механическим сжатием.Цель изобретения - повышение точ. ности результатов измерения механических напряжений.Поставленная цель достигается тем, что согласно способу измерения механических напряжений в моделях из эквивалентныхматериалов, заключающемуся в тарировке.чувствительных участков модели и определении величины механических напряжений по изменению электрического сопротивления эквивалентного материала на исследуемых участках, производят объемное насыщение исследуемых чувствительнык участков модели нолупроводящим веществом.На фиг.1 изображен плоский стенд с закатанным эквивалентным материалом; на фиг.2 - фрагмент модели с электроосмотическим насыщением чувствительного элемента проводящим веществом.П р и и е р 1. В объемный стенд размером 1000 к 800 х 700 мм укладывают слоями толщиной 5 мм каждый инертную смесь эквивалентного материала, состоящую на 98,5% из кварцевого песка, 1,0% канифоли и 0,5% парафина после предварительного ее подогрева до 170 С. После закаткио20-го слоя равномерно укладывают. в шахматном порядке 80 пластинок из латунной фольги площадью по 25 мм, имеющих электрические выводы из стенда. Затем закатывают 21-й слой из того же инертного материала и после егозастывания участок над каждой пластиной из латунной фольги насыщают раствором проводящего вещества, капая из капельницы по 10 капель (например, 257.-ный раствор графита в ИаОН), Именно этот участок, будет исследуемьв. После этого на 21-й слой над каждой пластиной латунной фольги 20-го слоя укладывают такие же (парные) пластинки с электрическими выводами и закатывает оставшиеся 449 слоев из инертного материала, а сверху устанавливают лневмобаллоны,соединенные3 1132 с компрессором. Затем после застыва. ния модели включают компрессор и создают давление в пневмобаллонах от 0,01 до 0,3 ИПа, т.е, нагружают модель. Предлагаемым .способом изготавливают образец из одного слоя5 площадью 400 мм и с одной парой ла. тунных пластинок, тарируют его, измеряя зависимость электросопротивления от механической нагрузки, изменяемой от 0,1 до 0,5 ИПа. В результате в указанном диапазоне давлений тарировки получают зависимость М =90-12,5 б ., где Р - сопротивлейие чувствительного участка, Ом, б - давление, ИПа. При отработке модели измеряют электросопротивление чувствительных элементов между каждой парой латунных электродов и по тарировочной зависимости определяют механические напряжения в модели на уровне 21-го слоя.П р и м е р 2, В плоский стенд 1 размерами 18001400 Х 160 мм закатывают слоями 2 толщиной по 10 мм инертную смесь 3, состоящую из 98 вес.Х кварцевого песка и 2 вес.Х игдантина (фиг. 1) . При эакатке 40-го и 80-го слоев 2 поперек толщины модели 3 обрабатывают раствором ПАВ типа Тдесять полосок 4 шириной 10 мм каждая. После окончательной закатки модели 3 устанавливают пневмобаллоны 5, соединенные с компрессором (не показан). Затем с помощью капельницы 6 насыщают каждую З 5 иэ полосок 4 эмульсией полупроводящего порощка (например, водной эмульсией двуокиси марганца), используя эффект капиллярного всасывания и эффект снижения поверхностного на тяжения. После этого на противоположных торцах 7 и 8 каждой из полосок 4 устанавливают токоотводящие электроды 9 и 10. Прн отработке модели механические напряжения измеряют 45 путем Фиксации изменения электросопротивления полосок 4, заранее оттарировав их известной нагрузкой. П р и м е р З.В плоский стенд 1 фиг.1) закатывают послойно инертную смесь 3, состоящую из 973 кварцевого песка, 1,27 гипса, 0,8 Х талька и 13 воды. После полного высыхания смеси 3 через 20 сут. к противоположным точкам 11 и 12 модели 3 (фраг-. мент на фиг.2) подводят металлическую капельницу 13 и электроды 14 и 017 4.15. Капельницу 13 наполняют ионным раствором проводящей жидкости (например, 37.-ным раствором соляной кислоты в воде), а к электродам 14 и 15 подключают постоянное напряжение +36 и -36 В. Используя явление электроосмоса, насьпцают чувствительный объем 16 модели 3 провсдящей жидкостью (процесс насыщения заканчивают через 10-12 ч при достижении максимального тока насьпцения).Измерение механических напряжений в модели 3 производят путем фиксации изменения электросопротнвления чувствительных объемов 16, предварительно оттарировав их известной нагрузкой. Причем в качестве измерительного тока удобно использовать ток насыщения..Для того, чтобы инертный материал модели не оказывал шунтирующего действия на чувствительные элементы модели, подготовленные указанными спо- собами, необходимо добиваться, чтобы удельное электросопротивление этих элементов было меньше удельного электросопротивления инертного материала не менее чем на порядок.Для выделения направления, по которому преимущественно измеряется напряжение, необходимо чувствительный элемент Формировать плоским и ориентировать его перпендикулярно к вектору измеряемого нормального напряжения. При объемном насыщении участка модели полупроводящим веществом удобно использовать также явление электрофореза, т.е. явление перемещения твердых частиц в растворе через пористую перегородку под действием электрического поля. Для этого можно использовать в качестве насыщаю щего флюида суспензию графита в растворе ДБ. Изобретение повышает точность измерения механических напряжений в массиве модели в 2 - 3 раза путем ,устранения взаимовлияния (щунтирующего действия) прилегающих к чувствительному элементу участков. Благодаря увеличению точности измерения механических напряжений повышается достоверность результатов моделирования на 50 - 60 Х, что обеспечивает более обоснованный выбор параметров разработки месторождений. Так,вслед .Э 1132017 6ствие повыщения точности определения предлагаемого измерения напряженийстепени концентрации опорного дав- увеличивается достоверность прогнозаленин на 30-403 при использовании . горных ударов.д. 4/5 Филиал ППП "Патент", г ород, ул. Проектна Тираж 564 НИИПИ Государственного, коми но делам изобретений и от 3035, Москва, 3-35, Раушская