Устройство для изучения физических свойств образца горных пород Советский патент 1991 года по МПК G01N3/10 

Изобретение относится к средствам измерения механических характеристик горных пород и может быть использовано для определения этих характеристик на кольцевых образцах.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устройства для измерения модуля упругости и коэффициента Пуассона образцов изотропных материалов со сквозным центральным цилиндрическим отверстием - достигается введением толстостенной втулки из эластичного материала между внутренней цилиндрической поверхностью кольцевой оболочки из эластичного материала, создающей равномерное обжатие образца, и поверхностью образца, установкой внутри корпуса заполненной жидкостью цилиндрической камеры из эластичного материала с выведенной через отверстие в крышке корпуса изогнутой капиллярной трубкой, обеспечивающей измерение деформации внутренней цилиндрической поверхности образца, и выполнением измерителя перемещений наружной цилиндрической поверхности образца в виде двух пропущенных через дугообразные прорези в дне корпуса измерительных стержней, изогнутых по цилиндрической поверхности для повышения жесткос ги и обеспечения контакта по всей площади с наружной поверхностью образца и соединенных с поршнями заполненного жидкостью гидроцилиндра с вертикальной мерной трубкой, соединенной с его полостью.

На чертеже представлено устройство для изучения физических свойств горных пород, разрез.

Устройство содержит толстостенный цилиндрический корпус 1 с дном 2, в котором выполнены две диаметрально противоположные дугообразные прорези 3 и 4, закрепленной на болтах 5 на корпусе крышкой 6 с центральным отверстием 7 и штуцером 8 в цилиндрической части корпуса 1, установленную в корпусе 1 и соединенную со штуцером 8 кольцевую оболочку 9 из эластичного материала, предназначенную для взаимодействия своей внутренней цилиндрической поверхностью с наружной цилиндрической поверхностью образца, толстостенную втулку 10 из эластичного материала, предназначенную для установки

между внутренней цилиндрической поверхностью кольцевой оболочки 9 и наружной цилиндрической поверхностью образца, два измерительных стержня 11 и 12, выполненные в виде изогнутых по форме внутренней цилиндрической поверхности толстостенной втулки 10 тонкостенных пластин, установленных с зазором в дугообразных прорезях 3 и 4 дна 2 корпуса 1 параллельно его оси и предназначенныхдля

взаимодействия с наружной цилиндрической поверхностью образца, установленную в корпусе 1 по его оси и заполненную жидкостью цилиндрическую камеру 13 из эластичного материала, предназначенную

для взаимодействия с внутренней цилиндрической поверхностью образца, изогнутую капиллярную трубку 14 с вертикальным участком на конце, пропущенную через центральное отверстие 7 крышки 6 и соединенную другим концом с внутренней полостью цилиндрической камеры 13, измеритель перемещения стержней 11 и 12, выполненный в виде гидроцилиндра 15 с поршнями 16 и 17 на концах, соединенными

соответственно с выступающими из корпуса 1 концами измерительных стержней 11 и 12, заполненной жидкостью упругой эластичной оболочки 18 и соединенной с ней полостью гидроцилиндра 15 и частично заполней ной жидкостью вертикальной мерной трубки 19, и регулируемый источник 20 давления, соединенный со штуцером 8.

Радиус кривизны дугообразных прорезей 3 и 4 и радиус кривизны тонкостенных

пластин - стержней 11 и 12 равны радиусу кривизны внутренней цилиндрической по- верхности толстостенной втулки 10. На чертеже устройство представлено с установленным в нем кольцевым образцом.

Устройство работает следующим образом.

Подготавливают для исследования физических свойств горных пород кольцевой образец, для чего в сплошном цилиндрическом образце выполняют сквозное центральное цилиндрическое отверстие, , метр которого должен быть менее наружного диаметра цилиндрической камеры 13 на величину расчетного натяга, необходимого для обеспечения плотного прилегания поверхности образца к стенкам цилиндрической камеры 13.

При снятой крышке 6 устанавливают внутрь толстостенной втулки 10 из эластичного материала подготовленный образец, в сквозное центральное отверстие которого вставляют цилиндрическую камеру 13 из эластичного материала, и закрепляют на корпусе 1 крышку 6 с помощью болтов 5. От регулируемого источника 20 подают давление предварительного обжатия для иск- лючени я возможных зазоров между толстостенной втулкой 10 и образцом, и регистрируют начальные положения уровней жидкости в вертикальной мерной трубке 19 и капиллярной трубке 14. Затем подают заданное рабочее давление от регулируемого источника 20 и регистрируют новые положения уровней жидкости в мерной 19 и капиллярной 14 трубках.

Для определения модуля упругости и коэффициента Пуассона образца предварительно выявляют зависимости между изменениями уровней жидкостей в капиллярной 14 и мерной 18 трубках и изменениями объемов AVinA /2 вытесненных при этом жидкостей, для чего необходимо знать диаметры этих трубок 14 и 19. Затем определяют модель упругости и коэффциент Пуассона по формулам

С -г-

4dD2Pc

J4D2-d2

где Е - модуль упругости материала;

ft - коэффициент Пуассона материала;

h - толщина кольцевого образца;

d - внутренний диаметр кольцевого образца;

4 D - внешний диаметр кольцевого образца;

В - внутренний диаметр гидроцилиндра 15;

Ре-давление по внешней цилиндрической поверхности образца;

AVi - изменение объема жидкости, вытесненной из цилиндрической камеры 13;

- изменение объема жидкости, вытесненной из гидроцилиндра 15.

Использование описанного устройства, содержащего два измерителя - средней радиальной деформации внутренней цилиндрической поверхности образца и радиального перемещения наружной цилиндрической поверхности образца - позволяет по результатам одного испытания заданным давлением в кольцевой оболочке

определять и модуль упругости и коэффициент Пуассона, что снижает трудоемкость и время этих испытаний.

Формула изобретения

Устройство для изучения физических

свойств образца горных пород, содержащее толстостенный цилиндрический корпус с дном, съемной крышкой с центральным отверстием и штуцером в цилиндрической части корпуса, установленную в корпусе и - соединенную со штуцером кольцевую оболочку из эластичного материала, предназна- ченную для взаимодействия внутренней цилиндрической поверхности с наружной

цилиндрической поверхностью образца, два измерительных стержня, установленных в корпусе параллельно его оси и предназначенных для взаимодействия с поверхностью образца, регулируемый источник давления жидкости, соединенный со штуцером корпуса, и измеритель перемещения стержней, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей устройства для измерения модуля упругости и коэффициента Пуассона образцов изотропных материалов со СКЕЭЗ- ным центральным цилиндрическим отверстием, оно снабжено толстостенной втулкой из эластичного материала, предназначенный для установки между внутренней цилиндрической поверхностью кольцевой оболочки и наружной цилиндрической гцэ- верхностью образца, установленной в корпусе по его оси и заполненной жидкостью

цилиндрической камерой из эластичного материала, предназначенной для взаимодействия с внутренней цилиндрической поверхностью образца, и изогнутой капил- « лярной трубкой с вертикальным участком на

конце, соединенной другим концом через центральное отверстие крышки с внутренней полостью цилиндрической камеры, в дне корпуса выполнены две диаметрально противоположные дугообразные прорези,

радиус кривизны которых соответствует радиусу кривизны внутренней цилиндриче- .ской поверхности толстостенной втулки, измерительные стержни выполнены в виде

изогнутых по форме той же цилиндрической

поверхности тонкостенных пластин и уста-ми на концах, соединенными соответственновлены с зазоров в дугообразных про-но с выступающими из корпуса концами изрезях дна корпуса, а измерительмерительных стержней, и соединенной с

перемещения стержней выполнен в видеполостью гидроцилиндра и частично заполгйдроцилиндра с заполненной жидкостью5 неннрй жидкостью вертикальной мерной

упругой эластичной оболочкой и с поршня-трубки.

Изобретение относится к средствам из- мерения механических характеристик горных пород и может быть использовано для определения этих характеристик на кольцевых образцах. Цель изобретения - расшире- ние функциональных возможностей устройства для измерения модуля упругости и коээфициента Пуассона образцов изотропных материалов со сквозным централь- ным цилиндрическим отверстием, что достигается введением толстостенной втулки 10 из эластичного материала между внутренней цилиндрической поверхностью кольцевой оболочки 9 из эластичного материала, создающей равномерное обжатие образца, и поверхностью образца 21, установкой внутри корпуса 1 заполненной жидкостью цилиндрической камеры 13 из эластичного материала с выведенной через отверстие 7 в крышке 6 корпуса 1 изогнутой капиллярной трубкой 14, обеспечивающей измерение деформаций внутренней цилиндрической поверхности образца 21, и выполнением измерителя перемещений наружной цилиндрической поверхности образца 21 в виде двух пропущенных через дугообразные прорези в дне корпуса измерительных стержней 11 и 12, изогнутых по цилиндрической поверхности для повышеЁ