Устройство для испытания на прочность образцов материалов при трехосном неравнокомпонентном сжатии

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ 812 РЕСПУБ 1 И 3/08 ГОСУДАРСТВЕ ННОЕ ВЕДОМСТВО СССР 1 ГОСПАТЕНТ СССР ЕНТНОЕ ИЕ ИЗОБ ОЛИ У СВИДЕТЕЛЬСТВУ К АВТО ФиКг 1(71) Специальное конструкторско-технологическое бюро Института геотехнической механики АН УССР(72) А. Ф, Булат, В, В, Виноградов, В. С, Возиянов,.Ю.А. Сафонов и Ю, Ю. Булич (56) Авторское свидетельство СССР В 1138689, кл. 6 01 й 3/08, 1987.Авторское свидетельство СССР Ьг. 1273771, кл. 6 01 й 3/08, 1987.Авторское свидетельство СССР В 1298588, кл. 6 01 й 3/08, 1988.Авторское свидетельство СССР М 1640583, кл. 6 01 й 3/08, 1990.(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ НА ПРОЧНОСТЬ ОБРАЗЦОВ МАТЕРИАЛОВ ПРИ ТРЕХОСНОМ НЕРАВНОКОМПОНЕНТНОМ СЖАТИИ(57) Изобретение относится к испытаниям .маТериалов йа прочность, а именно к устройствам для испытания на прочность при трехосном неравнокомпонентном сжатии образцов горных пород. Целью изобретения является приближение условий испцтаф фЕ Н И ;.;,. ".г; ний к реальным условиям за счет возможности изменения величины бокового подпора без снятия основной нагрузки, Устройство содержит основание 1, установленные на нем нагрузочные приспособления, выполненные каждое в виде корпуса 3 с цилиндрическим отверстием 5, дополнительным цилиндрическим отверстием 4, перпендикулярным им радиальным цилиндрическим отверстием 6. Продольная ось паза 7 перпендикулярна оси радиального отверстия 6, а эластичная втулка 15 установлена в отверстии 5. Устройство также снабжено дополнительной втулкой 8 с профилирбванной рабочей поверхностью 9, установленной в дополнительном отверстии 4 с возможностью поворота и взаимо- = действия внешней поверхностью с корпусом 3, обоймой 17 с продольным разрезом, установленной в осевом отверстии 18, штоком 19 с осевым 20 и продольным 21 пазами, поворотным рычагом 10, размещенным в пазу 7 и жестко связанным с дополнительной втулкой 8, и размещенным в радиальном отверстии 6 поршнем 13, 3 ил. ф МПИ 4 УЖщУ СОИзобретение относится к технике испытаний материалов на прочность, в частности к устройствам для испытания иа прочность при трехосном неравнокомпоиентном сжатии образцов горных пород.Цель изобретения - приближение условий испытаний к реальным за счет возможности изменения величины бокового подпора без снятия основной нагрузки,Указанная цель достигается тем, что нагрузочное устройство снабжено дополнительной поворотной втулкой с внутренней профилированной рабочей поверхностью, взаимодействующей через поршень, установленный в радиальном отверстии корпуса с воэможностью перемещения, с эластичной втулкой. Это позволяет изменять напряженно-деформированное состояние эластичной втулки и нэгрузочного приспособления в целом без снятия основной нагрузки, При этом, проворачивая дополнительную втулку с профилироваиной рабочей поверхностью, установленную в дополнительной расточке корпуса, получают возможность варьировать величиной бокового давления, что значительно расширяет диапазон моделирования геомехаиических процессов, приближая условия испытания к реальным условиям.На фиг. 1 изображен общий вид устройства для испытания иа прочность образцов материалов при неравиокомпонентном сжатии, вид сверху; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг,1; на фиг. 3 - разрез Б - Б иа фиг. 2,Устройство содержит основание 1, установленные на нем нагрузочные приспособления 2, каждое из которых выполнено в виде корпуса 3 с дополнительной цилиндрической расточкой 4, выполненной концентрично основной расточке 5, перпендикулярное им радиальное цилиндрическое отверстие 6, сообщающее полость основной цилиндрической расточки 5 с дополнительной расточкой 4, и сообщенный с дополнительной расточкой 4 паз 7, продольная ось которого перпендикулярна оси радиального отверстия 6. В дополнительной расточке 4 установлена дополнительная втулка 8 с профилированной рабочей поверхностью 9 с возможностью поворота вокруг своей оси за счет жестко связанного с ней поворотного рычага 10, размещенного в пазу 7, контактирующая своей внешней поверхностью 11 с корпусом 3, а профилированной рабочей поверхностью 9 - с торцом 12 поршня 13, установленным в радиальном отверстии 6 с возможностью радиального перемещения и взаимодействующий торцом 14 с эластичной втулкой 15, установленной в основной цилиндрической расточке 5 корпуса 3, При этом дополнительная втулка 8 удерживается в дополнительной расточке 4 с помощью запорногокольца 16, а эластичная втулка 15 взаимо 5 действует через обойму 17 с продольнымразрезом и установлена в осевом отверстии18 корпуса 3 на шток 19, выполненный сосевой расточкой 20 и продольным пазом21, В осевую расточку 20 штока 19 установ 10 лена пружина 22, воздействующая на шпиндель 23, установленный в расточку 20 свозможностью продольного перемещения.В осевое отверстие шпинделя 23 установ-.лен регулировочный винт 24, связанный тол.15 кателем 25 с дополнительной втулкой 26,.которая установлена с возможностью продольного перемещения между внутренней,поверхностью поджимной втулки 27 и штоком 19 и контактирует с эластичной втулкой20 15,В корпусе 3 установлена гайка 28, кон-тактирующая с поджимной втулкой 27 и свя-занная фиксатором 29 со шпинделем 23.На основании 1 установлены подвиж 25 ные 30 и неподвижные 31 клинья для перемещения нагрузочных приспособлений 2,Кроме того, устройство содержит опорныеплиты 32 для образца 33, связанные посредством сферических шарниров 34 со штоками30 19, и средства измерения деформаций (непоказаны), установленные на кронштейнах35.Устройство работает следующим образом.35 Перед началом испытаний образца 33проводят настройку нагрузочных приспособлений 2 на заданную величину боковогоподпора. Вращая гайку 28, воздействуют наподжимную втулку 27, которая, перемеща 40 ясь в осевом направлении,. сжимает эла-стичную втулку 15, которая вследствиедеформации сжимает обойму 17 с продольным разрезом, плотно прилегает к штоку 19и обеспечивает грубую настройку иагрузоч 45 ных приспособлений иа заданное боковое.сопротивление. При этом грубая настройкапроизводитсянэ большее усилие сопротивления, чем заданное. Затем производитсяпрецизионная настройка нагрузочных при 50 способлений 2, Вращая регулировочнцйвинт 24, установленный соосно в шпинделе23, воздействуют на толкатель 25, которыйсвободно перемецаясь в продольном пазу21 штока 19, перемещает связанную с ним55 дополнительную втулку 26. При этом междуторцовой поверхностью дополнительнойвтулки 26 и эластичной втулкой 15 образуется кольцевой зазор, который заполняетсяэластичной втулкой 15 под действием напряженно-деформированного состояния помере отхода дополнительной втулки 26, Таким образом, усилие обжатия штока 19 снижается до заданной величины. Шпиндель 23 при этом зафиксирован от перемещения при помощи фиксатора 29.После настройки нагрузочных приспособлений 2 на заданные величины бокового подпора устройство с образцом ЗЗ устанавливают на нижнюю опорную плиту испытательной машииы(не показана) и придвигают нагрузочные приспособления 2 так, чтобы опорные плиты 32 плотно прилегали к боковым граням образца 33. Первоначальный боковой подпор образца ЗЗ производится подвижным клином 30 до момента начала перемещения штока 19 в противоположном направлении, что обеспечивает в дальнейшем при осевом нагружении (перпендикулярном плоскости основания 1) образца 33 от исполнительной машины постоянство величины заданного бокового сопротивления. Для моделирования в процессе испытаний малоэиергетических воздействий на массив, изменяющихся по определенному закону, или для установления различного уровня бокового подпора по одной из компонент напряженного состояния дополнительная втулка 8, установленная в дополнительной цилиндрической расточке 4 корпуса 3, при помощи поворотного рычага 10 проворачивается на определенный угол до выхода поршня 13 иа профилированную рабочую поверхность 9 дополнительной втулки 8. При этом поршень 13 начинает перемещаться под действием напряженно"деформированного состояния эластичной втулки 15, что приводит к изменению усилия обхвата эластичной втулкой 15 обоймы 17 и через нее штока 19 и соответственно к изменению бокового подпора по определенному (зараиее заданному) закону, определяемому характером профилирован ной рабочей поверхности 9 дополнительной втулки 8. Имея набор сменных поворотных втулок с различным рельефом профилироваиной рабочей поверхности 9, можно задавать практически любой закон изменения величины бокового подпора по любой из компонент напряженного состояния без снятия основной нагрузки, Величину бокового подпора возможно изменять и в другую сторону (т. е, возвратить систему в исходное положение) поворотом дополнительной втулки 8 в противоположном направлении, Причем исходная величина бокового подпора будет восстанавливаться с высокой степенью точности, т. к. она задается только рельефом профилированной рабочей поверхности 9дополнительной втулки 8.Для моделирования внезапных выбросов фиксатор 29 освобождает шпиндель 23,5 при этом шпиндель 23 под воздействиемсжатой пружины 22, установленной в осевой расточке 20 штока 19, перемещается восевом направлении, увлекая за собой дополнительную втулку 26, При этом происхо 10 дит внезапная разгрузкаиапряженно-деформированного состоянияэластичной втулки 15 и усилие бокового подпора падает до нуля, т. е. происходит разгрузка одной иэ компонент напряженного15 состояния. Поперечная деформация образца определяется по перемещению штоков19, фиксируемому датчиками, устанавливаемыми в кронштейны 35(датчики не показаны).20 Таким образом, использование воздействия на напряженно-деформированное состояние эластичной втулки 15одновременно дополнительной втулки 8 идополнительной втулки 26 в различных ком 25 бинациях позволяет значительно расширить диапазон исследований и проводить,моделирование иа образцах в условиях,приближенных к реальному состоянию массива,30 Формула изобретенияУстройство для испытания на прочностьобразцов материалов при трехосном неравиокомпонентком сжатии, содержащее основание, установленные на нем35 нагрузочные приспособления, выполкениые в виде корпуса с цилиндрическим отверстием, соосным с цилиндрическимосевым отверстием эластичной втулки, установленной в цилиндрическом отверстии40 корпуса, обоймы с продольным разрезом,установленной в осевом отверстии корпуса,штока с осевым и продольным пазами, под-.жимкой втулки, регулировочного винта, толкателя, связанной . с толкателем45 дополнительной втулки, установленной свозможностью продольного перемещения,шпинделя с фиксатором, опорные плиты дляобразца и средства для измерения деформации, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью50 приближения условий испытаний к реальным за счет изменения величины боковогоподпора беэ снятия основной нагрузки, вкорпусе нагрузочного приспособления вы-полнены концентричио основному дополни 55 тельное цилиндрическое отверстие,перпендикулярное им радиальное цилиндрическое отверстие, сообщающее полостьосновного цилиндрического отверстия с дополнительным, и сообщенный с полостьюдополнительного отверстия паз, продольная ось которого перпендикулярна оси радиального отверстия, а устройство снабжено установленной в дополнительном отверстии с возможностью поворота и взаимодействия внешней поверхностью с кор пусом дополнительной втулкой с профилированной рабочей поверхностью,размещенным в пазу жестко связанным с дополнительной втулкой поворотным рычагом и размещенным в радиальном отверстии поршнем, один торец которого взаимодействует с рабочей поверхностью дополнительной втулки, а другой - с эластичной втулкой.1812161 Составитель В.ВозияТехред М.Моргентал орректор Н.Король кто изводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 1 Заказ 1556 Тираж ВНИИПИ Государственного комите 113035, МоскваПодписноео изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР35, Раушская наб 4/5