Крейт LTR-EU-8-2 в стендах для испытания образцов геоматериалов

Внедрение: 2017-2018 г.

Рассмотренный в статье [1] стенд предназначен для испытания образцов геоматериалов на нагружение кручением и продольным сжатием с одновременным многократным слабым воздействием. Система измерения содержит датчики для статических и динамических измерений деформаций. Тестовые эксперименты включали циклическое кручение образца смеси гипса и кварцевого песка. Были измерены статические и динамические деформации, а также определена скорость упругой волны в оргстекле. На рисунке 1 показана структура испытательного стенда. 

Рисунок 1. Стенд: 1 – гайка из фторопласта; 2 – датчик осевой силы; 3 – шар передачи осевой нагрузки; 4 – винт, передающий нагрузку; 5 – гайка с резьбой контрфорса; 6 – подвижный зажим; 7 – корпус подшипника скольжения; 8 – мембрана; 9, 10 – прижимные кольца; 11 – стопорный зажим; 12 – образец геоматериала.

Стенд позволяет проводить статические испытания геоматериалов при совместном действии кручения и сжатия по разным программам нагружения и дает возможность длительное время изучать эволюцию механических свойств материала под воздействием множественных слабых ударов. Измеряемыми параметрами испытаний являются осевые силы, крутящий момент, угол крутящего момента, осевые и поперечные деформации, а также динамические деформации и скорости упругих волн. В состав измерительной системы стенда входит крейт LTR‑EU‑8‑2, состоящий из 8 измерительных модулей. Система непрерывно собирает информацию с 16 тензодатчиков, 8 акселерометров и принимает высокочастотные (до 10 МГц) сигналы с 4 каналов. Статические измерения проводятся с помощью датчиков крутящего момента и осевого сжатия, а также датчиков силы FC50-50KN. 

Динамические деформации измеряются с помощью резистивных тензодатчиков из фольги, приклеенных к образцу. Волновые процессы регистрируются акселерометрами AR2019 и полупроводниковыми тензодатчиками HV101B‑350. Параметры этого датчика позволяют переключать их как простой делитель напряжения и регистрировать высокочастотные сигналы осциллографическим модулем.

Примечание от "Л Кард": учитывая характеристики задачи измерения, можно предположить, что применялись модули LTR212, LTR22 или LTR24, LTR210. 

Испытание на циклическое кручение образца из смеси гипса и кварцевого песка показывает, что увеличение количества циклов нагружения приводит к накоплению остаточных деформаций сдвига в образце. Были проведены испытания на одноосное сжатие образца из органического стекла и определены статические и динамические деформации, а также скорости упругих волн в образце.

В статье [2] этими же авторами экспериментально установлено, что скорость упругой волны зависит от сжимающих напряжений в трубчатых образцах из эквивалентных геоматериалов. Определена связь между скоростью волны и касательным модулем упругости. Получены значения динамического модуля упругости в зависимости от сжимающего напряжения.

Схема испытательного стенда показана на рисунке 2. Наряду с осевой нагрузкой на образец действует динамическая сила, создаваемая ударами известной величины энергии по штоку захвата 5. Измерительным оборудованием испытательного стенда является 8‑канальная крейтовая система LTR‑EU‑8‑2, состоящая из 8 измерительных модулей. Система непрерывно принимает данные с 16 тензодатчиков и записывает высокочастотные (до 10 МГц) сигналы одновременно по четырем каналам. Для измерения продольной и окружной статической деформации на образцы были наклеены тензодатчики из константановой фольги, которые соединены с тензометрическим модулем. Волновой процесс исследовался с помощью четырех полупроводниковых резистивных тензодатчиков. Сигналы датчиков регистрировались в виде осциллограмм осевых динамических деформаций.

Примечание от "Л Кард": исходя из характеристик задачи измерения, можно предположить, что авторами использовались модули LTR212 и LTR210. 

Рисунок 2. Стенд: 1 – винт нагрузки сжатия; 2 – захват левый; 3 – образец геоматериала; 4 – мембрана; 5 – захват подвижный; 6 – тензодатчики.

Авторами проанализировано влияние статических напряжений на скорости упругих волн в образцах из эквивалентных геоматериалов при одноосном сжатии. Установлено, что модуль локальной деформации и скорости упругих волн коррелируют. С увеличением сжимающего напряжения немонотонно изменяются локальный модуль упругости и скорости упругих волн. Существует определенная связь между динамическим и касательным модулями упругости: с увеличением касательного модуля увеличивается и динамический модуль упругости.

Источники:
1. Kosykh V P, Kosykh P V and Revuzhenko A F 2017 Journal of Mining Science 53 (6) 1147– 1151.
2. V P Kosykh et al 2018 IOP Conf. Ser.: Earth Environ. Sci. 206 012003.

Разработчик: Косых В.П., Косых П.В., Ревуженко А.Ф. (Институт горного дела СО РАН, г. Новосибирск)