Способ измерения деформации в сыпучих средах

 

Изобретение относится к приборостроению и предназначено для измерения деформации в упругих средах. Цель изобретения - повышение точности измерения деформации в сыпучих средах при моделировании поведения горных пород в условиях сложного напряженного состояния, Способ реализуют следующим образом, Через трафарет в требуемом месте среды 3, например песка, в процессе подготовки модельного образца насыпают полоску 1 электропроводного материала, размеры которой определяются целями эксперимента , в тело резистора вставляют контакты 2 и засыпают резистор. Подвижки слоев при деформации вызывают изменение сопротивления резистора. Механические параметры порошка, образующего резистор, согласованы с отраженными в математических формулах аналогичными параметрами среды, что обеспечивает достоверность воспроизведения картины деформации, т. е. не искажает ее, и повышает точность измерения. 4 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) Cs1)s G 01 L 1/20, 1/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

0 фь

О (Л (Л Q (21) 4658284/10 (22) 16.01.89 (46) 07.04.91, Бюл. М 13 (71) Спецсектор Института физики Земли им О. IG. Шмидта (72) А. M. Кулюкин и С. Б, Турунтаев (53) 531.781(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 408178, кл. G 01 1 9/04, 1974.

Кацнельсон А. Ш. Датчики контактного сопротивления,— M.: Энергоатомиздат, 1985, с. 54. (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ДЕФОРМАЦИЙ

В СЫПУЧИХ СРЕДАХ (57) Изобретение относится к приборостроению и предназначено для измерения деформации в упругих средах. Цель изобретения — повышение точности измерения деформации в сыпучих средах при моделировании поведения горных пород в условиях сложного напряженного состояния, Способ реализуют следующим образом, Через трафарет в требуемом месте среды 3, например песка, в процессе подготовки модельного образца насыпают полоску 1 электропроводного материала, размеры которой определяются целями эксперимента, в тело резистора вставляют контакты 2 и засыпают резистор. Подвижки слоев при деформации вызывают изменение сопротивления резистора, Механические параметры порошка, образующего резистор, согласованы с отраженными в математических формулах аналогичными параметрами среды, что обеспечивает достоверность воспроизведения картины деформации, т. е. не искажает ее, и повышает точность измерения.

4 ил.

1640559

10

25

50

Изобретение относится к приборостроению и предназначено для измерения деформации в сыпучих средах.

Цель изобретения — измерение деформации в сыпучих средах при моделировании поведения горных пород в условиях сложного напряженного состояния.

На фиг. 1 изображен пример реализации способа измерения деформации, на фиг. 2 — тарировочный график зависимости относительного сопротивления датчика—

R — Ro сыпучего резистора ег = от дефорRo

«! — }, мации я = при одноосном деформи о ,рова ни и (Ro, R — начал ьное и те куще е сопротивление, lo, l — начальная и текущая длина образца); на фиг. 3 — картина сбросовых подвижек, возникающих в модели горного массива при создании локализованного разрывного нарушения в основании модельного блока из сыпучего материала (песка); на фиг. 4 — показания датчиков развития сбросовых подвижек (указаны моменты развития последовательно образующихся сбросовых плоскостей).

На фиг. 1 показана полоска электропро. водного материала 1, например графитового порошка, контакты 2, исследуемая сыпучая среда 3. Развитие сбросовых подвижек ва времени изучалось предлагаемым способом при помощи соответственно расположенных (фиг. 4) датчиков 4 — 7

Способ измерений деформации в сыпучей среде реализуется следующим образом.

Через трафарет в требуемом месте среды 3 (песка) в процессе подготовки модельного образца насыпают полоску электропроводного материала 1 (графитового порошка), размеры которой определяются целями эксперимента (использовались трафареты шириной 5 мм, высотой 2 мм, длиной 10-200 мм), в тело полученного таким образом резистора вставляют контакты

2, изготовленные из латунной фольги толщиной 0,1 мм, изогнутой так, чтобы обеспечивать при малом весе более надежное сцепление со средой, чем, например, шарообразное или плоские контакты, Размеры контактов составляют 2х2х2 мм. Контакты при помощи тонких изолированных проводов 0,05 мм соединяют с измерительной системой. Затем резистор засыпают песком, при необходимости в другом месте формируют еще один резистор и так далее.

В ходе деформирования исследуемого образца измеряют сопротивление сыпучего тензорезистора и по относительному изменению этого сопротивления на основании тарировочного графика, приведенного на фиг. 2, судят о деформации в области размещения датчика. Тензочувствительность полученного описанным способом датчика составляют 3 + 0,5.

Благодаря сыпучести материала чувствительного элемента поведение резистора при деформировании определяется теми же закономерностями, что и поведение исследуемой среды. Отсутствие оболочки позволяет избежать прочных эффектов, проскальзывания тела датчика относительно среды, а также позволяет при моделировании сдвиговых, несдвигoBblx, сбросовых и прочих подвижек в горных массивах измерять величину подвижки и динамику ее развития при прохождении плоскости подвижки непосредственно через чувствительный элемент (фиг, 3 и 4).

Электропроводный материал для резистора должен удовлетворять определенным требованиям. Так, средний размер частиц электропроводного материала не должен превышать среднего размера частиц исследуемой сыпучей среды, иначе плотность контактов между частицами в резисторе будет меньше, чем в среде, что приведет к понижению чувствительности и точности датчика.

Основными характеристиками сыпучей среды являются угол внутреннего трения р и сцепление С. Условие отсутствия влияния измерения на исследуемый процесс требует идентичности закономерностей деформирования среды и датчика, для этого угол внутреннего трения электропроводного материала в идеальном случае должен быть равен углу внутреннего трения среды, либо отличаться от него не более, чем на

100 $, что соответствует диапазону изменений угла внутреннего трения широкого класса горных пород и, в частности, песка с различной плотностью упаковки частиц.

Сцепление в электропроводном материале не должно превышать сцепления в исследуемой среде, так как только в таком случае деформация датчика будет отслеживать деформацию среды, обеспечивая тем самым требуемую точность и надежность. Помимо выполнения условия на соотношение сцеплений необходимо, чтобы модуль всестороннего сжатия используемого электропроводного материала не превышал модуль всестороннего сжатия среды, т. е., чтобы датчик не являлся жестким включением. Более "мягкий", чем среда, датчик в процессе изготовления образца уплотнится до жесткости среды, что также необходимо для повышения точности измерений.

1640559 ле. 12 ß4

Совокупность указанных условий является достаточной для обеспечения надежных и точных измерений деформации сыпучей среды, адекватных исследуемым процессам. 5

Формула изобретения

Способ измерения деформаций в сыпучих средах, заключающийся в размещении в среде линейного резистора, измерении его сопротивления и определении по изме- 10 нению сопротивления искомых деформаций, отличающийся, тем, что, с целью повышения точности измерения деформации в сыпучих средах при моделировании поведения горных пород в условиях слож- 15 ного напряженного состояния, резистор выполняют из сыпучего электропроводного материала, в теле резистора вставляют контакты, при этом механические характеристики электропроводного материала 20 выбирают из соотношений

А оэ.м ос.с, бэ,м-(0,9-:1.1) фс.с, Сэ.м Cc.ñ, Gs „((;,, где ds,м — средний размер зерна электропроводного материала; ос.с — средний размер зерна сыпучей среды; уЪ,м — угол внутреннего трения злектро-. проводного материала; рс.с — угол внутреннего трения сыпучей среды;

Сэ.м. — сцепление (прочность на отрыв) элеКтроп роводного материала;

Сс.с. — сцепление (прочность на отрыв) сыпучей среды;

Оэ.м. — модуль всестороннего сжатия электропроводного материала;

Gc,с. — модуль всестогоннего сжатия сыпучей среды.

1640559

/и.! пю 2

Датчик 4

А аижик 6

4fameurc 7

f00

ФИ ОО

Времц с

200 Л6

An

Редактор Е.Папп

Заказ 1013 Тираж 364 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Ф ф фЯ чв 0.2

Составитель В,Годзиковский

Техред М.Моргентал Корректор Л. Патай

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101