Устройство для моделирования сложного напряженного состояния горных пород

 

Изобретение относится к горному делу и предназначено для исследования механических характеристик горных пород (ГП) в условиях объемного напряжения. Цель изобретения - повышение точности и расширение диапазона нагружения при моделировании путем обеспечения возможности имитации деформационных свойств ГП по трем взаимно перпендикулярным направлениям. Рамки (Р) 1,2,3, установленные в направляющих 4,5,6, расположены под углом 120° одна к другой и соединены с крайними шарнирами A, B, C шарнирного трехзвенника 7. В точках K, L, M Р 1,2,3 шарнирно соединены с механическими моделями 8,9,10, имитирующими свойствами ГП при одноосном нагружении и выполненными в виде комбинаций элементов, моделирующих упругие, вязкие и пластические свойства ГП. Прикладывают к Р 1,2,3 растягивающие или сжимающие усилия, пропорциональные напряжениям, действующим по осям. При этом фиксируют в каждый момент времени деформации по всем трем направлениям. Абсолютными значениями деформаций являются перемещения точек K, L, M. Может быть принят любой закон изменения усилий по каждой из осей. 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

151 5 В 21 С 39!00

-) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСВ БУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГННТ СССР (21) 4468221 i 24-03 (22) 29, 07. 88 (46) 23.12.90. Вюл. Р 47 (71) Стахановский Филиал Коммунарского горно-металлургического института (72) С.Ф. Алексеенко, В.П, Мележик и А.С. Алексеенко (53) 622.23.05 (088.8) (56) Кирсанов Н.В. Моделирование поведения упругопластических тел при сложных нагружениях. Автореферат канд.дис.. Л., 1970, с. 4-5.

Авторское свидетельство СССР

Ф 319873, кл. Q 01 И 3/00, 1969

Я0 Ы1ЬЗ61 М (54) УСТРОЙСТВО ДГИ МОДРЛИРОВА1КЯ

СЛОЖНОГО НАГРЯКЕННОГО СОСТОЯНИЯ ГОРНЬ ПОРОД (57) Изсбретенне QTHocHTcR к горному д ду и предна=-наченп для исследования:1ехакических характеристик гор ных пород (ГП, в условиях объемного напряжения, 1 ель изобретения — повышение точности и расширение диапазона негру;",ения при моделировании путем обеспечения возможности имитации дефпрмаципнных свойств ГП по трем взаимно перпендикулярным направлениям. Рамки (Р) I, 2,3, установленные в направляют=х -., 5,6, расположены

1615361 под углом l20O одна к другой и соединены с крайними шарнирами А,В,С шарнирного трехзвенника 7. В точках

К, L, М P 1,2,3 шарнирно соединены с. механическими моделями 8,9,10, и итирующими свойства ГП при одноосном нагружении и выполненными в видЕ комбинаций элементов, моделируюl х упругие, вязкие и пластические с ойства ГП. Прикладывают к Р 1,2,3

1 !

Изобретение относится к торному д у, а именно к механике Iорных и рОд и может быть HcIIAJlblÂßßÁÎ для и следования механических -::арактерис

20 т к Горных пород В условиях стати ч ского и динамич ес кого объемного с тия и растяжения.

Цель изобретения — повышение точн сти и расширение диапазона нагруже25 н я при моделировании путем обеспечен я возможности имитации деформацион- ншх свойств горных пород по трем в1аимно перпендикулярным направлениЯЯ ЗО

На Фиг.1 представлена структурная с; ема устройства для моделирования с ожно. а напряженного с.0còñ.-..ния горн пород.; на фнг 2 — схема модели= р вани,-.. Одноосного напряженного сост янин горной породы; на фиг.3 — схем для расчета деформации сжатия r ctpн и породы по оси Z.

Устройство содержит три прямоугольн рамки 1-3, установленные s нап- 0 р4вляющих 4-6, Рамки 1-3 расположены под углом 120 одна к другой вдоль

О

О((ей Х, У, Е и соединены соответстванно с крайюна шарнирами А, R С ш-,"1рнирного трехзвенника 7. А.Б

В точках K L., М, противоположных точкам Л, В„С, рамки 1-3 шавнирн< соединены с механическими моделямб 8-10 (в данном случае — среда Бюргер), имитирующими свойства горных ифрод при одноосном нагружении. Noдфли 8-10 выполнены в виде комбинацши упругих 11 и 12 и вязких 13 и 14 элементов, моделирующих упругие вязк р- .". ; ..:. пластические свойства горных

Ф пород, упругий элемент 11 характеризует мгновенные деформации породы при кратковременном приложении нагрузки, упругий элемент: 12 характеризует свойрастягивающие или сжимающие усилия, пропорциональные напряжениям, действующим по осям. При этом фиксируют в каждый момент времени деформации по всем трем направлениям, Абсолютными значениями деформаций являются перемещения точек К, L М. Может быть принят любой закон иэменения. усилий по каждой из осей. 3 ил. ства запаздывающей упругости, вязкий" элемент 13 отражает свойства вязкой текучести, а вязкий элемент 14 характеризует динамическую вязкость, обусловливающую развитие деформации во времени.

Модели 8-10 свободными концами прикреплены соответственно к неподвижным точкам P., Q S положение которых в пространстве не изменяется ни при каких деформациях.

С целью моделирования изотропных мли анизотропных сред модели 8-10 могут быть однотипными или разнотипныьи, в них могут также различаться параметры упругости и вязкости по аб-, солютной величине. Значения упругих, вязких и пластичных параметров каждой из моделей 8-10 предварительно определяются в лаборатории по стандартной методике при одноосном нагружении е

Устройство работает следующим обРаЗОМ.

K рамкам 1-3 в точках К, L и М прилагаются растягивающие или сжимающие усилия, пропорциональные напряже- ниям, действуюшим по осям Х, Y u Z.

При этом фиксируются в каждый момент времени деформации по всем трем направлениям. Абсолютньги значениями деформаций является перемещение точек

К, 1,, М. Прилагаемые усилия могут быть как одинаковыми по всем направлениям, так и различающимися как по абсолютной величине, так и по знаку.

Может быть принят также любой saкои изменения усилий по каждой иэ осей Х, Y, Z.

В случае моделирования одноосного напряженного состояния, например по

Оси Z, усилие прила-à åòñÿ к соответА О ДЕ . 3" hЕ

sin Ф..

sin 60o sing,» 21

Г3- дг

21 ,Ы»= arcsin --т —. = -

ЬЕ

arcsin 0„866 где 1 = АО = ВО = СО = С(0 = А! О длина стержней.

1 1+Ax

sin 60© sin Г

1 ° 6 in

sin 60

21 sin(60О

1+ Ьх

-. — -Гзье

+arcsin

21 откуда Дх =

-Гз

1 = 1(- sin (60 +

12 . о

5 161 ствующей точке M рамки 3, а две другие крайние точки К и L рамок 1 и 2

:свободны (фиг.2). На фиг.2 в качест:ве механических моделей по каждой из ,осей принять . только упругие элементы

:с целью простоты и доступности изло- жения, что совершенно не меняет вза-! ,имосвязи зависимостей между величина ми деформаций по осям координат. Под !

,„цействием усилия P точка М перемеZ

:щается в положение N а вся рамка 3

InepeMemp.åTcÿ на такую же длину вдоль оси Z т.е. NNg = СС "- 00, . Это при= ,Ъодит к соответствующему перемещению рамки(1 вдоль оси Х на расстояние

АА = KK и рамки 2 вдоль оси У на расстояние ВВ. = LL . Точки закреп ления моделей Р, Я и S при этом ос таются фиксированными, поэтому сжатие по оси Е сопровождается растяжением

;по осям Х и 7 (фиг.2). !

Для количественной оценки деформа ций. сжатия и растяжения на фиг.3 по казана деформация сжатия по оси Е . ЬЕ = 001 и деформация растяжения по

:оси . Х ДХ = АА . Из треугольника

00 А имеем

5361

-13 ДЕ

+ arcsin — — — -)

21 — 1 1, 155 sin(1,047 + йЕ

+ arcsin 0 866 — -) — 1

1

Из полученной формулы вытекает, что поперечные деформации растяжения по осям Х н 7 при сжатии по оси

10 Z являются функциями продольных деформаций tI! Е, В случае растяжения по одной из осей по двум другим регистрируются деформации сжатия, т.е. данно е устр ой с т в о об есп ечи на ет Пуа с с оновский эффект, а коэффициент поперечной деформации,.как видно из формулы, изменяется в пределах 0<Р<0,5, 20 Следовательно, предлагаемое устройство позволяет осуществить любой режим нагружения трехосной модели горной породы.

25Формула изобретения

Устройство для моделирования слож ного напряженного состояния горных пород, содержащее соединение двух ме30 ханических моделей, имитирующих свойства горных пород при одноосном нагружении, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с -целью повышения точности и расширения диапазона нагру.жения при: моделировании путем обеспе чения возможности имитации деформационных свойств горных пород по трем взаимно перпендикулярным направлениям, оно снабжено третьей моделью, О шарнирным трехзвенником и тремя рамками с направляющими,.при этом рамки расположены под углом 120О друг к, ч другу, каждая из них соединена с крайним шарнирньм трехзвенником и с одной из моделей, а модели выполнены в виде комбинаций элементов, моделирующих упругие, вязкие и пластические свойства горных пород.

1615361

Составитель Л. Климов

Редактор И. Горная Техред П.0ледник Корректор С. Шевкун

М

Заказ 3970- Тираж 390 Подписное

В@ИЛИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно"издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул, Гагарина, 101