Способ контроля размеров трещины в образце Советский патент 1992 года по МПК G01B13/12 

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для определения размеров трещин в образцах.

Известен способ контроля размеров трещин в образцах горных пород включающий формирование трещины гидроразрывом электропроводящей жидкостью, которую электрически изолируют от гидросистемы и облучают электромагнитным полем, а площадь трещины определяют по напряжению на электроде, введенном в жидкость.

Недостатки этого способа заключаются в необходимости комплекта специального оборудования и электрической изоляции жидкости от гидросистемы, что сложно и не всегда возможно.

Наиболее близким к предлагаемому является способ контроля размеров трещины в образце, включающий формирование трещины неньютоновскими жидкостями с антиадгезионными по отношению к материалу

образца свойствами, которые подают последовательно дозами фиксированного объема и разного цвета, а раскрытие трещины определяют по соотношениям объемов доз и соответствующих им площадям контакта

Недостаток этого способа заключается в том, что он позволяет контролировать размеры трещины лишь в прозрачном материале.

Цель изобретения - расширение эксплуатационных возможностей путем обеспечения контроля размеров трещин и в непрозрачных материалах.

Поставленная цель достигается тем, что измеряют величину раскрытия трещины вдоль ее оси симметрии, а радиус трещины и ее раскрытие в произвольной точке определяют исходя из измеренных объема жидкости и величины раскрытия трещины вдоль ее оси.

На чертеже приведена схема устройства.

СО

С

О

ю ю о

Для образования трещины в образце 1 сверлят сквозное отверстие 2, в котором специальным устройством на требуемом уровне прорезают инициирующую дискообразную щель 3 в плоскости, перпендикуляр- ной оси отверстия. В отверстии 2 устанавливают с использованием клеющего вещества устройство, состоящее из корпуса 4 з виде стакана с радиальными отверстиями 5 и переходящего в шток 6, на который насажена с возможностью продольного перемещения притертая к нему труба 7. Устройство устанавливается таким образом, чтобы радиальные отверстия 5 совпадали с инициирующей щелью 3. С противополож- чого он оку 6 юрцз трубы 7 установлен измеритель 8 перемещения (микрометр), фиксирующий относительное перемещение трубы 7 и штока 6. На свободный торец корпуса 1 навинчен С1акан 9, имеющий цен- тральное отверстие с резьбой, куда ввинчен зинт 10с рукояткой 11 Винт 10 контактирует с поршнем 12. Внутреннюю полость устройства и инициирующую щель заполняют жидкостью с антиадгезионными по отношению к материалу образца свойствами. Вращением рукоятки 11 поршень 12 перемещают в направлении радиальных отверстий 5, что приводит к повышению давления жидкости до значения, при котором происходит разоыв материэча образца с образованием трещины 13, плоскость которой совпадает с плоскостью инициирующей щели 3

Для контроля за размерами трещины с момента начала разрыва считаютчиспо оборотов винта 10 и определяют объем жидкости, поданной в трещину, по формуле

V n-S Ah,

где n - число оборотов винта 10;

S - площадь поперечного сечения поршня 12;

Ah- шаг резьбы винта.

По .змерителю 8 перемещения определяют раскрытие трещины вдоль ее оси симметрии. Затем радиус трещины г вычисляют по формуле

Раскрытие трещины в произвольной точке вычисляют по формуле

где 2у - раскрытие трещины на расстоянии х от ее оси симметрии.

Способ основан на том, что поверхность флюида (жидкости) в трещине разрыва приобретает форму эллипсоида вращения с осью, совпадающей с осью отверстия, через которое нагнетают жидкость. Поэтому объем флюида в трещине, если бы она примыкала не к инициирующей щели, а к оси вращения, определялся бы по формуле

49

V0 л а г

где V0 -- объем злпипсоида с осями а, г, г соответственно.

Однако в ходе измерения определяется объем жидкости, которая заполняет лишь трещину, а часть объема эллипсоида между границей инициирующей щели и осью вращения остается не известной Эта часть является также телом вращения и поэтому ее объем в декартовой системе координат

V1- 71 I f2(x)CJX(2)

о /

где г0 - радиус инициирующей щели,

f(x) - функция образующей сечения эллипсоида по оси вращения.

Известно, что сечение эллипсоида по оси вращения имеет форму эллипса, которая определяется уравнением

л

(3)

или

у2 - а2 ( 1

„2

(4)

Изобретение относится к определению размеров трещин в образцах и позволяет расширить эксплуатационные возможности путем обеспечения контроля размеров трещины и в непрозрачных материалах. В образце материала формируется трещина давлением неньютоновской жидкости с антиадгезионными по отношению и материалу образца свойствами. Измеряют объем подачной жидкости и величину раскрытия трещины вдоль ее оси симметрии. Радиус трещины и ее раскрытия в произвольной точке определяют исходя из измеренных параметров. 1 ил.

, /9(y-ri5 V2- 1 8тз

где V объем жидкости в трещинэ;

2а - раскрытие трещины вдоль ее оси симметрии;

Го радиус инициирующей щели

Поставив (4) в (2), имеем

.2

a20 )dx, (5)

г

Очевидно что измеренный %ем жидкости

V- V0-V

(

или с учетом (1) и (5)

У яаг -я/а2 4)dx. (7)

Уравнение (7) можно записать в виде

4jrar4-(3V+3jr а2г0)г2+тг а2г 0 (8)

Из четырех корней уравнения (8) по физическому смыслу подходит лишь один

г PV.Zilii- У9()2-(4л)2(зг0)3) I8 я з

Зная радиус трещины и используя (4), можно найти раскрытие трещины в произвольной ее точке по формуле

где 2у - раскрытие трещины на расстоянии х от ее оси симметрии.

В совокупности с другими параметрами иагружения образца 1 (давление, расход подаваемой жидкости), способ позволяет оценивать влияние напряженного состояния материала на трещинообразование и ударо- опасность, а также определять важнейший параметр разрушения - удельную поверхностную энергию.

Формула изобретения Способ контроля размеров трещин в образце путем формирования трещин давлением неньютоновской жидкости с

антиадгезионными по отношению к материалу образца свойствами и измерения объема поданной жидкости, отличающийся тем, что, с целью расширения эксплуатационных возможностей путем обеспечения

контроля размеров трещин и в непрозрачных материалах, измеряют величину раскрытия трещины вдоль ее оси симметрии, а радиус трещины и ее раскрытие в произвольной точке определяют исходя из измеренных объема жидкости и величины раскрытия трещины вдоль ее оси.