Устройство для определения упругих характеристик материалов Советский патент 1991 года по МПК G01N29/00 

Изобретение относится к акустическим измерениям в горных породах и может быть использовано для изучения анизотропии упругих свойств горных пород.

Целью изобретения является повышение производительности за счет обеспечения возможности проведения измерений при однократном нагружении образца материала квазигидростатическим давлением и надежности в работе устройства.

На фиг. 1 показана схема устройства для определения упругих характеристик материала; на фиг. 2 - схема червячной пары с расположенными в червячном колесе по его оси ультразвуковыми преобразователями; на фиг. 3 - устройство, вид спереди; на фиг. 4 - то же, вид сверху.

Устройство для определения упругих характеристик материалов состоит из камеры 1 высокого давления (см. фиг. 1), обоймы 2 камеры высокого давления, дпух оппозит- но размещенных в камере поршней 3, двух взаимодействующих с ними наковален 4 и двух взаимодействующих с последними колец-держателей 5 с полостями 6, закрытыми упорными крышками 7. В камере между уп- лотнительными стальными кольцами 8 в свинцовой оболочке 9 расположен испытуемый образец 10 горной породы.

Устройство содержит, кроме того, выводы 11 и 12 от ультразвуковых преобразователей и индикаторы 13 часового типа для определения усилия сжатия в процессе испытаний.

Внутри каждой полости б (см. фиг. 2) расположено по одному узлу поворота преобразователя в виде червячной пары, состоящей из червяка 14 и червячного колеса 15, по оси которого расположены ультразвуковые преобразователи 16 и 17 соответственно поперечных и продольных волн, разделенные между собой прокладками 18 и 19 из эластичного и твердого материалов. Преобразователи 16 и 17 охвачены кольцами 20 из эластичного материала и располо- жены в капсулах 21. Ультразвуковой преобразователь 16 поперечных волн взаимодействует с наковальней 4 через дно капсулы. Капсула 21 связана с червячным колесом 15, например, при помощи шлице- вого соединения или шпонки (не показана), что позволяет передавать вращение от червячного колеса 15 к капсуле 21 и свободно перемещаться капсуле вдоль оси колеса 15. Под действием пружины 22 капсула 21, а следовательно, и ультразвуковые преобразователи 16 и 17, расположенные в ней, прижаты к наковальне 4, Таким образом, ультразвуковые преобразователи разгружены от давления, приложенного к наковальне

4, и в то же время прижаты к ней. От червяков 14 наружу устройства выведены ручки 23, которые вместе со шкалами 24 (см. фиг. 3) служат указателями поворота червячных

колес 15, а следовательно, и указателями поворота связанных с колесами 15 через капсулы 21 ультразвуковых преобразователей 16 и 17. Упорные крышки 7 зафиксированы относительно колец-держателей 5

0 посредством винтов 25.

Устройство работает следующим образом.

Предварительно из горной породы вытачивается образец 10 правильной цилинд5 рической формы диаметром 13-17 мм и высотой 20 мм. Полученный образец 10 укладывают в свинцовую оболочку 9 и помещают в камеру 1 высокого квазигидростатического давления, размещенную в обойме 2, ориентируя образец 10

0 относительно поршней 3. После этого через стальные уплотнительные кольца 8 к свинцовой оболочке 9 подводятся поршни 3. Од- новременно вращением ручек 23, т.е. вращением червяков 14, червячные колеса

5 15 устанавливаются так, чтобы плоскости поляризации ультразвуковых преобразователей 16 поперечных волн, связанных с червячными колесами 15 через капсулы 21, совпали. При этом по шкалам 24 берется

0 отсчет, который в дальнейшем принимается за нулевую точку отсчета поворота преобразователей 16 на 360°.

В процессе исследований источник давления (не показан) воздействует через упор5 ные крышки 7 на стальные кольца-держатели 5, от них - на наковальни 4, поршни 3 и через стальные кольца 8 на заключенный в свинцовую оболочку 9 исследуемый образец 10 горной породы.

0Величина усилия и перемещение поршней 3 контролируются по показаниям индикаторов 13 часового типа.

Включением генератора (не показан) возбуждается один из двух ультразвуковых

5 преобразователей поперечных волн, создаваемые им поперечные волны проходят через образец 10 горной породы и принимаются вторым ультразвуковым преобразователем поперечных волн, преобра0 зуются им в электрические сигналы, которые через усилитель подаются на осциллограф (не показан).

Поворотом ручек 23 ультразвуковые преобразователи 16 поперечных волн по5 средством червяков 14 и червячных колес 15 поворачиваются относительно исследуемого образца 10 на задаваемый угол, величину которого контролируют по шкале 24. После этого вновь проводится очередное исследование прохождения поперечных волн через образец 10.

Такие циклы исследования, не снимая высокого квазигидростатического давления, проводятся многократно, пока преобразователи 16 не совершат полный оборот на 360° относительно образца. В результате получают круговую развертку прохождения поперечных волн через образец 10 горной породы при данном давлении.

Одновременно благодаря наличию уль- тразвуковых преобразователей 17 продольных волн в процессе проводимого исследования определяют скорость прохождения продольных аолн через образец. Для этого один из преобразователей 17 под- ключается к генератору, а другой -косциллографу. При этом наличие прокладок 18 и 19 из эластичного и твердого материалов способствует четкому разделению сигналов продольных и поперечных волн в процессе исследования и их четкой одновременной регистрации, а наличие пружины 22 обеспечивает гарантированную связь преобразователей с наковальнями 4 через дно капсул 21.

После прохождения исследований снимают давление от источника давления, отводят поршни 3, а сам образец 10, заключенный в оболочку 9, извлекают из камеры 1 высокого давления.

Формула изобретения

1. Устройство для определения упругих характеристик материалов, содержащее камеру высокого квазигидростатического давления для размещения в ней образца

материала, два оппозитно и соосно размещенных в камере поршня, две взаимодействующие с ними наковальни, два взаимодействующих с наковальнями кольца-держателя, в каждом из которых соосно друг другу установлены дпл ульгрозвукооих преобразователя продольных и поперечных волн, отличающееся тем, что. с целью повышения производительности за счет обеспечения возможности проведения и.я мерений при однократном нагружснии образца материала квазигидростэгичегким давлением, оно снабжено установленными внутри колец-держателей двумя узлами поворота ультразвуковых преобразователей, каждый из которых выполнен в виде червячной пары, и двумя указателями угла попорота преобразователей, кинематически связанными с червяками червячных пар и установленными на кольцах-держателях, а ультразвуковые преобразователи смонтированы на червячных колесах с возможностью совместного вращения с последними и соосно им.

2. Устройство по п. 1, о т л и ч а ю щ е е- с я тем, что, с целью повышения надежности, оно снабжено двумя упорными крышками, установленными на наружных поверхностях колец-держателей, и двумя капсулами, размещенными в червячных колесах с возможностью совместного вращения с последними и подпружиненными в осевом направлении относительно упорных крышек, ультразвуковые преобразователи расположены в капсулах, а капсулы оперты на наковальни.

Изобретение относится к акустическим измерениям в горных породах и может быть использовано для изучения анизотропии упругих свойств горных пород. Целью изобретенияявляетсяповышение производительности за счет обеспечения возможности проведения измерений при однократном нагружении образца материала квазигидростатическим давлением и надежности в работе. Устройство состоит из камеры 1 высокого давления, обоймы 2 камеры высокого давления, двух оппозитно размещенных в камере поршней 3, двух взаимодействующих с ними наковален 4 и двух взаимодействующих с последними колец- держателей 5 с полостями 6, закрытыми упорными крышками 7. В камере 1 между уплотнительными стальными кольцами 8 в свинцовой оболочке 9 расположен испытуемый образец 10 горной породы. Устройство содержит, кроме того, выводы 11 и 12 от ультразвуковых преобразователей и индикаторы 13 часового типа для определения усилия сжатия в процессе испытаний. В полости 6 расположена червячная пара, состоящая из червяка и червячного колеса, по оси которого расположены ультразвуковые преобразователи соответственно поперечных и продольных волн, разделенные между собой прокладками из эластичного и твердого материалоа. Ультразвуковые преобразователи охвачены кольцами из эластичного материала и расположены в капсулах. От червяков наружу устройства выведены ручки, которые вместе со шкалами служат указателями поворота червячного колеса. 1 з.п. ф-лы, 4 ил. с 5К LL j ел С о со го ю ю

Составитель С.Волков Редактор М.Стрельникова Техред М.Моргентал

Фиг.З

24

23

Фиг. Ц

Корректор О.Кравцова