Способ разрушения образцов горных пород и углей при импульсном растяжении и устройство для его осуществления

ОП ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Сотов Советски кСоцивпистнчвскикРвснубпик ощ 994726(22) Заявлено 22, 06. 81 (21) 3305971/22-03 Б 21 С 39/00 с присоединением заявки ЭВ(23) Р риоритет Гвсуллрстееикык кемктетСССР вв лавам изебретений и аткрытийДата опубликования описания 10.02.83 фе .М.П. Иохначев, Н.А. Хабаров и В.В. Присташ 1Ордена Октябрьской Революции и ордена Тру овогрКрасного Знамени институт горного делаим. А.А. Скочинского(5 Й) СПОСОБ РАЗРУШЕНИЯ ОБРАЗЦОВ ГОРНЫХ ПОРОД И УГЛЕЙ ПРИ ИИПУЛЬСНОИ РАСТЯЖЕНИИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ Е 10 ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ,1Изобретение относится к горному делу, а более конкретно,- к области лабораторного исследования разрушения горных пород и углей при импульс" ном растяжении, а также может быть использовано в машиностроении и5 строительстве для исследования свойств, твердых материалов при импульсном растяжении.Известен способ разрушения горных пород при импульсном одноосном растяжении, использующий явление, заключающееся в преобразовании импульса сжатия, отраженного от сво" бодного торца длинного образца пра" вильной геометрической формы, в импульс растяжения, вызывающий разрушение типа отколаОднако йри этом способе продоль" ное нагружение импульсом сжатия длин ного образца используют для получения импульсов одноосного растяжения вследствие чего становятся существенными потери энергии, возникающие 2в материале стержня при прохождении волны сжатия, что является недостатком способа. Кроме того, учет сложения и преобразования волн усложняет и углубляет расчеты характеристик исследуемцх пород при импульсом рэстяжении.Известны устройства, в которых используется явление откола для разрушения испытуемых материалов при импульсном растяжении. В этих устройствах для разрушения образцов используется удар бойка по торцу об" разца, взрыв ВВ или фольк на его торце (,взрыв фольги осуществляется пропусканием через нее импульса тока) 13Недостатками этих устройств являются косвенное возбуждение импульса растяжения и низкая точность из" мерений вследствие сложения волн сжатия и растяжения,Наиболее близким к предлагаемому является способ, заключающийся в про"3 994726пускании импульсных токов по двумпараллельным, последовательно соединенным,удаленным друг от друга про"водникам, воздействующим через дваплоских волновода на испытуемый об"разец 2,Наиболее близким устройством дляосуществления предлагаемого способаявляется устройство, включаюЩее "кор-,пус, образец, генератор импульсных 1 отоков, два ленточных гибких проводника, расположенные параллельно другдругу и электрически соединенные сгенератором последовательно, дваплоских волновода, установленных между одним из проводников и образцомиспытуемого материала 2 .Недостатками этого способа и устройства для его осуществления являют"ся наличие двух дополнительных плос оких волноводов, предназначенныхдля преобразования импульсных усилий,отталкивающих ленточные проводникидруг от друга, в импульсные усилия,растягивающие образец, так как эти 25волноводы нарушают плоскостностьфронта волны растяжения, а такженаличие больших потерь энергии в результате отражения волн напряженийв узлах крепления волноводов и ус- зо датчики деформаций, а каждый из обкорения их масс достигающих 10 ф 10 м.с . Для регистрации деФормации разрушаемых (нагружаемых) образцов.и величины импульсов растяжения или сжатияна поверхности образцов установлены раэцов жестко соединен с корпусомустройства через динамометрицескиестержни-волноводы.На фиг. 1-5 изображены возможныеустройства для осуществления предлагаемого способа,На фиг, 1 изображено устройстводля разрушения одного образца, гдеобразец 1 разрушаемой горной породы или угля, подвергаемый импульсно" 40му растяжению, одним иэ торцов жестко прикреплен к ленточному гибкомупроводнику 2, другим - к корпусуустройства 3, другой гибкий проводник4 также жестко прикреплен к корпусу устройства 3 так, цто между ленточными гибкими проводниками 2 и 4образовывается зазор д, величина которого во много раз меньше шириныэтих проводников. На фиг. 2 изображено устройство для одновременного разрушения двух образцов, где каждый из образцов горной породы 1, подвергаемых им-. пульсному растяжению, одним торцем жестко прикреплен к одному .из ленточных гибких проводников 2 и 4, а другим - к корпусу 3 устройства, В этом случае зазор между ленточными гибкиЦель изобретения - уменьшение: потерь энергии.Указанная цель достигается тем, что согласно способу разрушения образцов горных пород и углей при импульсном растяжении, включающему пропускание импульсных токов по двум параллельным удаленным один от другаго проводникам, оказывающим силовое воздействие на испытуемый абра" зец, электрические токи в проводниках пропускают в одном направлении.Кроме того, в устройстве для разрушения образцов горных пород и углей при импульсном растяжении, включающем корпус с параллельными стенками, размещенный между ними и жестко прикрепленный к одной иэ них образец горной породы, два гибких ленточных проводника, расположенных параллельно один другому, один из которых жестко прикреплен к корпусу, и генератор импульсных токов, оДин из проводников жестко связан со свободным торцем образца, а другой, жестко прикрепленный к корпу 4су, установлен на стороне, противоположной образцу, при этом проводники электрически соединены с генератором параллельно.При этом образцы прикрепляют соосно к противоположным стенкам корпуса, а проводники прикреплены, к свободным торцам образцов., На поверхности образцов устанавливают датчики деформации, а образцы прикреплены к корпусу посредством динамометрических стержней волноводов.Для создания идентичных условий разрушения двух или нескольких об-. разцов исокращения времени испытаний путем одновременного разрушения двух или нескольких образцов одним импульсом электрического тока один или несколько ленточных гибких проводников жестко прикреплены к корпусу устройства, а каждый из разрушаемых образцов укрепляется аналогичным образом.-994726 ми проводниками должен быть в два раза больше, чем на Фиг. 1.На Фиг. 3 изображено устройство для одновременного разрушения двух: или нескольких образцов, где все . 3 образцы 1 горной породы одним тор- цем жестко прикрепленй к одному лен" точному гибкому проводнику 2, а другим - к корпусу 3 устройства, а лен" точный гибкий проводник 4, как и на ы Фиг. 1, жестко прикреплен к карпу+ су устройства. Длина ленточных .гиб-. ких проводников в этом случае долж" на быть увеличена соответственно-ко-. личеству разрушаемых образцов, ИНа Фиг. 4 изображено устройство - для одновременного разрушения нескольких образцов, где каждый разрушаемыйобразец 1 -горной породы одним торцем жестка прикреплен к одно" 20 му из двух ленточных гибких провод" ников 2 и 4 в любом порядке в соответствии Фяг. 1 и 2, апротивапо" ложным - к корпусу 3 устройства. 8 этом случае зазор й между проводни-, 25 ками должен быть в два раза больше; чем на Фиг. 1, а длина ленточных гибких проводников соответственно должна быть увеличена.-36На Фиг. 5 повторено устройство, -показанное на Фиг. 1 с регистра" цией деФормаций разрушаемых образцов и величины импульсов растяжения или сжатия и с генератором импульсов тока. На поверхности. разрушаемых образцов 1 укреплены датчики 5 де" Формаций. Разрушаемые образцы. 1 жестко соединены с корпусом 3 устройства через динамометрические стержни в волноводы 6. Ленточные гибкие проводники 2 и 4 подключены к генератору .импульсного тока, выполненного, например в виде накопительной конденсаторной батареи 7 высокого. напряже" ния .с разрядником 8 (органом управ" ленив). Для регистрации деФормаций разрушаемых образцов 1 при импульсном растяжении на их поверхности крепятся датчики 5 деФормации, а .каждый из образцов 1 жестко соединен с корпусом устройства 3 через динамометрические стержни-волноводы б-.На Фиг, 5 изображено. соединение ленточных гибких проводников 2 и 4. - Проводники могут быть подключены к -Я генератору импульсного электрическо" го тока и иначе, лишь бы по ним импульсные токи протекали в одном 4направлении (например последовательное соединение проводников 2 и 4через виток связи и т.д,),Устройство работает следующим образом.При срабатывании разрядника 8 накопительная конденсаторная батарея 7разряжается на ленточные проводники,2 и 4, вызывая в них имйульсныеэлектрические токи, протекающие водном направлении. Возникающие.импульсы (пондеромоторные силы) соглас"но законам электродинамики притяги"вают ленточные гибкие проводники 2и 4, друг к другу. Так как образцы 1одними торцами жестко прикрепленык ленточным гибким проводникам 2 иа другими через длинные динамо"метрические стержни-волноводы 6 "к неподвижному корпусу 3 установки,то разрушаемые образцы 1 горной породы или угля подвергаются импульсунапряжения прямого растяжения (безпреобразования волны сжатия в волнурастяжения).Регистрация деФормаций, возникающих в разрушаемых образцах 1, осуществляется датчиками 5, закрепленными на поверхности образцов 1, авеличина импульса растяжения фикси"руется с помощью динамометрическихстержней"волноводов 6.Устройство возбуждает в разрушаемых образцах горных пород импульсынапряжения прямого растяжения с плоским Фронтом, что значительно упрощаетопределение их прочностных и деФор"мационных свойств, а.одновременноеразрушение ряда образцов одним им"пульсом электрического тока создает.образцов происходит в результатепрямого растяжения, то его длина мо"жет быть значительно .(в 3"4 раза)меньше, чем при испытании с использованием явления откола, поэтомууменьшаются диссипативныепотери ирасход энергии на разрушение каждогообразца, что снижает стоимость установки и ее габариты, а также трудо,".затраты на изготовление образцов.Воэможность одновременного испытаниянескольких образцов способствует снижению трудозатрат экспериментов.Формула изобретения,1. Способ разрушения образцов го 1,ных пород и углей при импульсном. 994726 7растяжении, включающий пропускание импульсных токов по двум параллельным удаленным один от другого проводни" кам, оказывающим силовое воздействие на испытуемый образец, о т л и ч а ю- й щ и й с я тем, что, с целью уменьшения потерь энергии, электрические токи в проводниках пропускают в одном направлении.ю 2. Устройство для разрушения образцов горных пород и углей,при импульсном растяжении, включающее корпус с параллельными стенками, размещенный между ними и жестко прикреп ленный к одной из них образец горной породы, два гибких ленточных проводника, расположенных параллельно один другому, один из которых жестко прикреплен к корпусу, и генератор им-. го пульсных токов, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что один из проводников жестко связан .со свободным торцем образца, а другой, жестко прикрепленный к корпусу, установлен на сторо не, противоположной образцу, при этом проводники электрически соединены с генератором параллельно. 83. Устройство по и. 2, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью .создания идентичных условий разрушения двух образцов, образцы прикрепляют соосно к противоположным стенкам корпуса, а проводники прикреплены к свободным торцам образцов.Устройство по пп. 2 и 3, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, сцелью регистрации деформации разрушаемых образцов и величины импульсоврастяжения, на поверхности образцовустанавливают датчики деформаций, аобразцы прикреплены к корпусу посредством динамометрических стержнейволноводовИсточники информации,принятые во внимание при экспертизе1, Финкель В.М., Головкин Ю.Н.,Хмрихин В.М. и Слетков А.А. Особенности разрушения стержней продольными волнами напряжений. - "Проблемыпрочности". 1977, й 4, с. 79-83.2. Головин Ю.Н Бруснецов Ю.А. иФинкель .В,М. Установка для полученияволн напряжений с плоским фронтом.За03 з Я 7П ВНИИПИ Тиражю филиал г,Ущго одписное4 В Е Е Е ФЮ Е В