Устройство для испытания на прочность образцов материалов при трехосном неравнокомпонентном сжатии Советский патент 1993 года по МПК G01N3/08 

Изобретение относится к технике испытаний материалов на прочность, в частности к устройствам для испытания на прочность при трехосном нерэвнокомпонентном сжатии образцов горных пород.

Цель изобретения - приближение условий испытаний к реальным за счет возможности изменения величины бокового подпора без снятия основной нагрузки.

Указанная цель достигается тем, что нагрузочное устройство снабжено дополнительной поворотной втулкой с внутренней профилированной рабочей поверхностью, взаимодействующей через поршень, установленный в радиальном отверстии корпуса с возможностью перемещения, с эластичной втулкой. Это позволяет изменять напря- женно-деформированное состояние эластичной втулки и нагрузочного приспособления в целом без снятия основной нагрузки. При этом, проворачивая дополнительную втулку с профилированной рабочей поверхностью, установленную в дополнительной расточке корпуса, получают возможность варьировать величиной бокового давления, что значительно расширяет диапазон моделирования геомеханических процессов, приближая условия испытания к реальным условиям.

На фиг. 1 изображен общий вид устройства для испытания на прочность образцов материалов при неравнокомпонентном сжатии, вид сверху; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг.1 ; на фиг. 3 - разрез Б-Б на фиг. 2.

Устройство содержит основание 1, установленные на нем нагрузочные приспособления 2, каждое из которых выполнено в виде корпуса 3 с дополнительной цилиндрической расточкой 4, выполненной концен- трично основной расточке 5, перпендикулярное им радиальное цилиндрическое отверстие б, сообщающее полость основной цилиндрической расточки 5 с дополнительной расточкой 4, и сообщенный с дополнительной расточкой 4 паз 7, продольная ось которого перпендикулярна оси радиального отверстия 6. В дополнительной расточке 4 установлена дополнительная втулка 8 с профилированной рабочей поверхностью 9 с возможностью поворота вокруг своей оси за счет жестко связанного с ней поворотного рычага 10, размещенного в пазу 7, контактирующая своей внешней поверхностью 11 с корпусом 3, а профилированной рабочей поверхностью 9 - с торцом 12 поршня 13, установленным в радиальном отверстии 6 с возможностью радиального перемещения и взаимодействующий торцом 1.4 с эластичной втулкой 15, установленной в основной цилиндрической

расточке 5 корпуса 3. При этом дополнительная втулка 8 удерживается в дополнительной расточке 4 с помощью запорного кольца 16, а эластичная втулка 15 взаимодействует через обойму 17 с продольным разрезом и установлена в осевом отверстии 18 корпуса 3 на шток 19, выполненный с осевой расточкой 20 и продольным пазом 21. В осевую расточку 20 штока 19 установлена пружина 22, воздействующая на шпиндель 23, установленный в расточку 20 с возможностью продольного перемещения. В осевое отверстие шпинделя 23 установлен регулировочный винт 24, связанный тол

5 кателем 25 с дополнительной втулкой 26, которая установлена с возможностью продольного перемещения между внутренней поверхностью поджимной втулки 27 и штоком 19 и контактирует с эластичной втулкой

0 15

В корпусе 3 установлена гайка 28, кон-;

тактирующая с поджимной втулкой 27 и свя-;

занная фиксатором 29 со шпинделем 23. ;

На основании 1 установлены подвиж5 ные 30 и неподвижные 31 клинья для перемещения нагрузочных приспособлений 2, Кроме того, устройство содержит опорные плиты 32 для образца 33, связанные посредством сферических шарниров 34 со штоками

0 19, и средства измерения деформаций (не показаны), установленные на кронштейнах 35.

Устройство работает следующим образом.

5 Перед началом испытаний образца 33 проводят настройку нагрузочных приспособлений 2 на заданную величину бокового подпора. Вращая гайку 28, воздействуют на: поджимную втулку 27, которая, перемеща0 ясь в осевом направлении, сжимает эластичную втулку 15, которая вследствие деформации сжимает обойму 17с продольным разрезом, плотно прилегает к штоку 19 и обеспечивает грубую настройку нагрузоч5 ных приспособлений на заданное боковое сопротивление. При этом грубая настройка производится на большее усилие сопротивления, чем заданное. Затем производится прецизионная настройка нагрузочных при0 способлений 2. Вращая регулировочный винт 24, установленный соосно в шпинделе 23, воздействуют на толкатель 25, который свободно перемещаясь в продольном пазу 21 штока 19, перемещает связанную с ним

5 дополнительную втулку 26. При этом между торцовой поверхностью дополнительной втулки 26 и эластичной втулкой 15 образуется кольцевой зазор, который заполняется эластичной втулкой 15 под действием напряженно-деформированного состояния по

мере отхода дополнительной втулки 26. Таким образом, усилие обжатия штока 19 снижается до заданной величины. Шпиндель 23 при этом зафиксирован от перемещения при помощи фиксатора 29.

После настройки нагрузочных приспособлений 2 на заданные величины бокового подпора устройство с образцом 33 устанавливают на нижнюю опорную плиту испытательной машины (не показана) и придвигают нагрузочные приспособления 2 так, чтобы опорные плиты 32 плотно прилегали к боковым граням образца 33. Первоначальный боковой подпор образца 33 производится подвижным клином 30 до момента начала перемещения штока 19 в противоположном направлении, что обеспечивает в дальнейшем при осевом на- гружении (перпендикулярном плоскости основания 1) образца 33 от исполнительной машины постоянство величины заданного бокового сопротивления.

Для моделирования в процессе испытаний малоэнергетических воздействий на массив, изменяющихся по определенному закону, или для установления различного

.. уровня бокового подпора по одной из компонент напряженного состояния дополнительная втулка 8, установленная в дополнительной цилиндрической расточке 4 корпуса 3, при помощи поворотного рычага 10 проворачивается на определенный угол до выхода поршня 13 на профилиро ванную рабочую прверхность 9 дополнительной втулки 8. При этом поршень 13 начинает перемещаться под действием на- пряженно%цеформированного состояния эластичной втулки 15, что приводит к изменению усилия обхвата эластичной втулкой 15 обоймы 17 и через нее штока 19 и соответственно к изменению бокового подпора по определенному (заранее заданному) закону, определяемому характером профилированной рабочей поверхности 9 дополнительной втулки 8. Имея набор сменных поворотных втулок с различным рельефом профилированной рабочей поверхности 9, можно задавать практически любой закон изменения величины бокового подпора по любой из компонент напряженного состояния без снятия основной нагрузки. Величину бокового подпора возможно

изменять и в другую сторону (т. е. возвратить систему в исходное положение) поворотом дополнительной втулки 8 в противоположном направлении. Причем исходная величина бокового подпора будет восстанавливаться с высокой степенью точности, т. к. она задается только рельефом

профилированной рабочей поверхности 9 дополнительной втулки 8.

Для моделирования внезапных выбросов фиксатор 29 освобождает шпиндель 23, при этом шпиндель 23 под воздействием сжатой пружины 22, установленной в осевой расточке 20 штока 19, перемещается в осевом направлении, увлекая за собой дополнительную втулку 26. При этом происхо0 дитвнезапная разгрузка напряженно-деформированного состояния эластичной втулки 15 и усилие бокового подпора падает до нуля, т. е. происходит разгрузка одной из компонент напряженного

5 состояния. Поперечная деформация образца определяется по перемещению штоков 19, фиксируемому датчиками, устанавливаемыми в кронштейны 35 (датчики не показаны).

0 Таким образом, использование воздействия на напряженно-деформированное состояние эластичной втулки 15 одновременно дополнительной втулки 8 и дополнительной втулки 26 в различных ком5 бинациях позволяет значительно расширить диапазон исследований и проводить; моделирование на образцах в условиях, приближенных к реальному состоянию массива..

0 Ф о р м у л а и з о б р ете н и я

Устройство для испытания на прочность образцов материалов при трехосном нерав- нокомпонентном сжатии, содержащее основание, установленные на нем

5 нагрузочные приспособления, выполнен-- ные в виде корпуса с цилиндрическим отверстием, соосным с цилиндрическим осевым отверстием эластичной втулки, установленной в цилиндрическом отверстии

0 корпуса, обоймы с продольным разрезом, установленной в осевом отверстии корпуса, штока с осевым и продольным пазами, под- жимной втулки, регулировочного винта, толкателя, связанной . с толкателем

5 дополнительной втулки, установленной с возможностью продольного перемещения, шпинделя с фиксатором, опорные плиты для образца и средства для измерения деформации,отличающееся тем, что, с целью

0 приближения условий испытаний к реальным за счет изменения величины бокового подпора без снятия основной нагрузки, в корпусе нагрузочного приспособления вьн полнены концентрично основному дополни 5 тельное цилиндрическое отверстие, перпендикулярное им радиальное цилиндрическое отверстие, сообщающее полость основного цилиндрического отверстия с дополнительным, и сообщенный с полостью дополнительного отверстия паз. продольная ось которого перпендикулярна оси радиального отверстия, а устройство снабжено установленной в дополнительном отверстии с возможностью поворота и взаимодействия внешней поверхностью с корпусом дополнительной втулкой с профилированной рабочей поверхностью,

размещенным в пазу жестко связанным с дополнительной втулкой поворотным рыча гом и размещенным в радиальном отверстии поршнем, один торец которого взаимодействует с рабочей поверхностью дополнительной втулки, а другой - с эластичной втулкой.

Изобретение относится к испытаниям материалов на прочность, а именно к устройствам для испытания на прочность при трехосном неравнокомпонентном сжатии образцов горных пород. Целью изобретения является приближение условий испытаний к реальным условиям за счет возможности изменения величины бокового подпора без снятия основной нагрузки. Устройство содержит основание 1, установленные на нем нагрузочные приспособления, выполненные каждое в виде корпуса 3 с цилиндрическим отверстием 5, дополнительным цилиндрическим отверстием 4, перпендикулярным им радиальным цилиндрическим отверстием 6. Продольная ось паза 7 перпендикулярна оси радиального отверстия 6, а эластичная втулка 15 установлена в отверстии 5. Устройство также снабжено дополнительной втулкой 8 с профилированной рабочей поверхностью 9, установленной в дополнительном отверстии 4 с возможностью поворота и взаимо- действия внешней поверхностью с корпусом 3, обоймой 17 с продольным разрезом, установленной в осевом отверстии 18, штоком 19 с осевым 20 и продольным 21 пазами, поворотным рычагом 10, размещенным в пазу 7 и жестко связанным с дополнительной втулкой 8, и размещенным в радиальном отверстии 6 поршнем 13. 3 ил. tzLnoltpnymO ).-.: Ё 00 to

7 33

б - б

fvt.3