Способ моделирования внутренних напряжений в образцах и устройство для его осуществления

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИРЕСПУБЛИН ЕТ СССРОТНРЫТИЙ П ЕТЕН ЬСТ 976УТРЕННИХОЙСТВО око- Я к ледних вк каркас (К (М) 6, 7 второй ПК. Первый о ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИ ОДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ ПИСАНИЕ АВТОРСКОМУ С(71) Институт физики Земли кч, 0,10.111 мидта(56) Авторское свидетельство СССР Р 563594, кл. ( 01 П 3/08, 1 (54) СПОСОБ МОДЕЛИРОВАНИЯ ВН НАПРЯЖЕНИЙ В ОБРАЗЦАХ И УСТР ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ(57) Изобретение относится к технике испытаний материалов, в частности к моделированию и изучению сложнонапряженного состояния на образцах горных пород, Цель изобретенйя - приближение условий моделирования к натурным, Образец 3 размещают между плита- ми 1, 2 источника нагружения, Средства для бокового нагружения образца 3 выполнены в виде источника давления и сообщенных с ним гидравличесих трансформаторов 4. Каждый из послючает П-образный жесткий), воспринимающие мембраныи рабочую И 8, образующиеобразный упругоэластичныйК расположен в плоскости,801432380 1)4 С О И 3/10//Е 21 С 39 перпендикулярной перемещению плит 1,2, а второй К повернут по отношениюк первому К на угол 90 . Соотношениеплощадей М 8 и б не менее чем 1;1,1,Размещают М 8 с зазором относительнограней образца 3, составляющим 1-80%от разрушающей деформации образца приодноосном нагружении. Перемещениемплит 1, 2 создают в образце боковойраспор, соответствующий 30-80% действующих в натуре масштабных напряжений, Одновременно создают боковоепротиводавление за счет трансформации жидкости, т,е. за счет сжатияплитами 1, 2 М 6, 7 и вытеснения жидкости к М 8, воздействуя этим на бвые грани образца 3, При дальнейшемсближении плит 1, 2 проводят трехосное нагружение образца 3, регулируя нагружение по осям за счет трансФормации жидкости. Коэффициент трансформации К определяют из соотношения КтР = РА Вен/8 Рмгде Р - усилие источника нагружения; А - прочностные свойства образца 3; Бемплощадь контакта воспринимающая М 6или 7 - плита 1 или 2; 8, - пл щадьконтакта М 8 - грань образца 32 с.п. Ф-лы, 4 ил,Изобретение относится к техникеиспытаний материалов, в частности кмоделированию и изучению сложнонапря-женного состояния на образцах горныхпород, и может быть использовано дляизучения устойчивостигорных пород,процессов, предшествующих разрушению, и прогноза сейсмических явлений, 10Цель изобретения - приближение условий моделирования к натурным,На фиг,1 показано устройство длягенерации внутренних напряжений вобразцах;,на фиг,2 - гидравлический 15трансформатор, вид спереди; нафиг.3 и 4 - то же, вид сбоку.Устройство содержит источник (непоказан) нагружения с жесткими плитами 1 и 2 для осевого нагружения 2 Оисследуемого образца 3, средства длябокового нагружения образца 3, выполненные в виде источника (не показан)давления и гидравлических,трансформаторов 4, каждый из которых включает 25П-образный жесткий каркас 5, расположенный в плоскости, перпендикулярнойнаправлению перемещения плит 1 и 2,две воспринимающие мембраны 6 и 7 ирабочую мембрану 8, образующие второй 30П-образный упруго эластичный каркас,повернутый по отношению. к каркасу 5на 90 и соединенный с ним по торцовой поверхности с образованием общей герметичной полости 9, сообщенной с источником давления, Отношениеплощадей рабочей мембраны 8 и воспринимающей мембраны 6, равной мембране7, не менее чем 1:1,1,Воспринимающие мембраны б и 7 взаи-,щмодействуют с плитами 1 и 2, а рабочая мембрана 8 с соответствующейгранью образца 3,Способ моделирования внутреннихнапряжений в образцах осуществляетсяследующим образом.Исследуемый образец 3 горной породы размещают между плитами 1 и 2 источника нагружений и используемымидля бокового нагружения гидравлическими трансформаторами 4, воспринимающие мембраны 6 и 7 которых контактируют с плитами 1 и 2, а рабочие мемб-,раны 8 размещены по отношению к боковым граням образца 3 с зазором, сос-.тавляющим 1 -80 Х от разрушающей деформации образца 3 при одноосном нагружении и обеспечивающим создание первичных вертикальных напряжений. Затем перемещением плит 1 и 2 создают в образце 3 боковой распор, соответствующий 30-80 Ж от действующих в натуре масштаоных напряжений, и одновременно за счет сжатия плитами 1 и 2 воспринимающих мембран 6 и 7 и вытеснения жидкости в полостях 9 к рабочим мембранам 8 воздействуют на боковые грани образца 3, что создает противо- давление, При дальнейшем сближении плит 1 и 2 проводят трехосное нагружение образца 3. На определенном этапе нагружения выравниваются (или приближаются к равным) нагрузки по вертикальной (от плит 1,2) и горизонтальным (от трансформаторов 4) осям нагружения. Величина нагрузки выравнивания определяется рядом факторов, учитываемых при олределении коэффициента трансформацииКтр = ГАБюм/8 р.мгде Р - усилие источника нагружения;А - прочностные свойства образца 3;ЯВ - площадь контакта воспринимающая мембрана 6 или 7плита 1 или 2;Бом - площадь контакта рабочаямембрана 8 - грань образца3,После выравнивания давлений исследуемый образец 3 оказывается подверженным воздействию одновременно жесткой части - плиты 1 и 2, и квазижесткой - рабочие мембраны 8 трансформаторов 4, т,е. условиям, приближеннымк натурным, где рост одного из главных напряжений приводит к перераспределению нагрузки во всех направлениях,Так как по площади рабочей и воспринимающих мембран выбраны из соотнощения 1:1,1, система оказывается устойчивой, исключается смещение трансформаторов 4 параллельно плитам 1 и 2,а, кроме того, при компенсации и выравнивания давления в системе происходит доминирующее перемещение рабочих мембран 8.При достижении состояния неустойчивого равновесия, предшествующегоразрушению образца 3, вертикальнаянагрузка уменьшается, а дальнейшеенагружение осуществляется трансформаторами 4. Увеличение нагрузки набоковые грани позволяет регистрировать, з 143238предвестники разрушения образца 3 гор-,ной породы в закритической зоне наниспадающей ветви диаграммы разрушения,5Изобретение позволяет упроститьпроцесс моделирования сложного напряженного состояния, а также повышаетточность оценки параметров раэгружения благодаря возможности регулирова Ония нагрузки по осям нагружения в системе, обладающей обратной связью. формула изобретения 151, Способ моделирования внутреннж напряжений в образцах, .заключающийся в размещении исследуемого образца между жесткими плитами источника нагружения, перемещающимися вдоль оси образца, и средствами бокового нагружения20 и создании трехосного напряженного состояния путем перемещения плит, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью приближения условий модели 25 рования, для бокового нагружения ислользуЮт трансформацию жидкости в замкнутом объеме между воспринимающими й рабочими, мембранами, из которых воспринимающие мембраны взаимодей 30 ствуют с плитами, а рабочие - с боковыми гранями образца, перед нагружением образца размещают рабочие мембраны относительно граней образца сзазором, составляющим 1-807 от разрушающей деформации образца при одноос- З 5 ном нагружении, затем перемещением плит обеспечивают в образце боковой распор, соответствующий 30-80 Х от действующих в натуре масштабных напряженВ, после чего создают посредством рабочих мембран противодавление и трехоснае регулируемое нагружениеобразца проводят эа счет трансформациижидкости между воспринимающими и рабочими мембранами, при этом коэффициент К,ртрансформации определяют иэсоотношения усилие источника нагружения;прочностные свойства образца;площадь контакта воспринимающая мембрана - плита;площадь контакта рабочаямембрана - грань образца. 2, Устройство для моделирования внутренних напряжений в образцах, содержащее источник нагружения с кесткими плитами для осевого нагружения образца и средства для бокового нагружения, связанные с плитами, о т л и - ч а ю щ е е с я тем, что средства для бокового нагружения выполнены в виде источника давления:и сообщенных с ним гидравлических трансформаторов, каждый из которых включает П-образный жесткий каркас, расположенный в плоскости, перпендикулярной направлению перемещения плит источника нагружения, и две воспринимающие и рабочую мембраны, образующие второй П-образный упругоэластичный каркас, повернутый по отношению к жесткому каркасу на 90и соединенный с нимопо торцовой поверхности с образовани-. ем общей герметичной полости, причем . отношение площадей рабочей и воспринимающей мембран не менее чем 1:1,1,1432380 Гпргсса пресса г,Ю Составитель В.ТальвойшТехред Л, Олийнык К тор МЛароши Заказ 5437/35 Тираж ВНИИПИ Госу по делам 113035, Москва47 Подписно Производственно-полиграфиче Редактор О.Голова рственного комитета СССРзобретений и открытийЖ, Раушская наб., д, 4 ое предприятие, г, Уж ул. Проектная, 4