Способ измерения напряжений в модели из эквивалентных материалов Советский патент 1984 года по МПК E21C39/00 

R,OM 60 zjb. .МПа ОМ Z 4 t we

1 1

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано для измерения нормальных напряжений в модели из эквивалентных материалов, в частности при изучении процессов сдвижения горных пород во время разработки месторождений полезных ископаемых .

Известен способ определения деформаций и напряжений в моделях из эквивалентньк материалов с помощью тензодатчика, вводимого в испытываемый массив, причем перед вводом датчика в массив его полость заполняют эквивалентным материалом. При увеличении нагрузки на датчик тензосопротивление деформируется и изменяет свой номинал, причем изменение номинала пропорционально измеряемому давлению ll .

Однако корпус датчика искажает напряжения вокруг себя из-за значительных размеров, соизмеримых со структурными элементами моде,пи (например, слоистости). По этой причине погрешность результатов измерения напряжения велика и составляет 4050%.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемом результату является способ измерения напряжений в модели из эквивалентньк материаяов ,включаюц1ий нагружсние модели И измерение электросопротивления размещенного в ней измерительного датчика zj .

Недостатки этого способа обусловлены явлением адгезионного гистерезиса j возникающего при сжатии однородных проводящих частиц или элементов.

Опыт работы с подобньми датчиками показьюает, что они имеют существенный недостаток, заключаюа1 йся Б сильной зависимости показаний датчика от времени его сжатия и трудности измерения разгрузки (. процесса уменьшения напряжений в модели) . Контактное сопротивление между проводящими частицами зависит не только от давления сжатия, но и времени сжатия, температуры, влажности и других факторов. Причем после снятия нагрузки имеет место остаточная адгезия, уменьшающаяся со временем. Таким образом, в измерения напряжений вносятся различного рода погрешности, обусловленные сложньп 5и законами протекания адгезионных процес20162

сов. Практика моделирования показывает, что погрешность измерения напряжений из-за этого доходит до 100% и более. При массовых измере-ниях подбирают датчики с одинаковыми характеристиками и тарируют только один из них.

1лель изобретения - повыпгение точ.ности измерений путем учета адгезиQ oHHfjK явлений.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу измерения напряжений в модели из эквивалентных материалов, включающему нагру, женив модели, измерение электросопротивления размещенного в ней измерительного датчика, дополнительно нагр ткают и измеряют электросопротивление размещенного в образце из

такого же эквивалентного материала тарировочного датчика,при этом в процессе измерений обеспечивают равенство электросопротивлений тарировочного и измерительного датчиков и по полу5 ченной нагрузке судят о величине напряжений в модели.

.Па чертеже представлен метод обработки результатов моделирования .

Г р и м е р . В модели из эквивалентиьЕХ материалов, состоящих из смеси кварцевого песка (97%) , гипса (2%) и талька (1%), установлены плоские датчики из электропроводной бумаги. Поставлена задача измерить динамику напряжений при ведении очист 5ых работ в пяти пунктах модели. Для этого изготовляют пять пар одинаковых датчиков из электросопротивлением, один из которых измерительный, другой - тарирозочный.

Измерительный датчик закладывают л испытываемую модель,тарировочный датчик устанавливанзт в средней части образца, изготовленного из та кого же материала и по аналогичной методике, что и модель, непрерывно измеряют электросопротивление обоих датчиков. Параллельно с испытанием модели нагружают тариро1ючный дат0 чик с помощью динамометра, причем нагрузку динамометра подбирают так, чтобы электросопротивление тарировочного датчика бьио равно электросопротивлению измерительного датчи5 ка.

Записывают (или запоминают) изменения нагрузки во времени на динамометре, которая и будет равна меха31

ническому напряжению в испытываемой модели.

На чертеже приведено изменение во времени электросопротивления одного из измерительных датчиков. Процесс тарировки заключается в том, что подбирают динамометром такой режим нагружения, чтобы с возможно большей точностью воспроизвести во времени изменение электросопротив ления измерительного датчика (кривая 1). График воспроизведения проведен сплошной линией 2. Для обеспечения адекватности показаний датчика подбирают режим нагружения, отраженный кривой 3. .

Процесс тарировки может быть автоматизирован путем подключения аналого-цифрового комплекса к датчикам и динамометрам и использования отрицательной обратной связи и схеме тарировки.

Предлагаемый способ по сравнению с прототипом повьшает точность результатов моделирования (см.таблицу).

Из таблицы видно, что точность измерения напряжений предлагаемым способом в 2-6 раз выше, чем у прототипа. Это повышает обоснованность результатов моделирования и позволяе сэкономить на креплении горных вьфа16«

боток или повысить безопасность горных работ.

Погрешность измерения напряжений, %, в способе

15-20 5-10 30-40

6-10

8-16 60-100 20-30

СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЙ В МОДЕЛИ ИЗ ЭКВИВАЛЕНТНЫХ МАТЕРИАЛОВ, включающий нагружение модели,, измерение электросопротивления размещенного в ней измерительного датчика, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений путем учета адгезионных явлений, дополнительно нагружают и измеряют электросопротивление размещенного в образце из такого же эквивалентного материала тарировочного датчика, при этом в процессе измерений обеспечивают равенство электросопротивлений тарировочного и измерительного датчиков и по полученной нагрузке судят о величине напряжений в модели.