Способ контроля размеров трещины в образце

 

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.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 G 01 B 13/12

ГОСУДАРСТВЕ ННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ва. (21) 4675579/28 (22) 11,04,89 (46) 15,06,92. Бюл. № 22 (71) Институт горного дела СО АН СССР (72) Н, Г, Кю и О. И, Чернов (53) 620.192(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 1293480, кл. G 01 В 13/12, 1984.

Авторское свидетельство СССР

¹ 1298537, кл. 6 01 В 13/12, 1985. (54) СПОСОБ КОНТРОЛЯ РАЗМЕРОВ ТРЕЩИНЫ В ОБРАЗЦЕ

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

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 возмо>кно.

Наиболее близким к предлагаемому является способ контроля размеров трещины в образце, включающий формирование трещины неньютоновскими жидкостями с антиадгезионными по отношению к материалу Ы» 1740990 A1 (57) 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. образца свойствами, когорые 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 >кидкости и величины раскрытия трещины вдоль ее оси.

На чертеже приведена схема устройст1740990

4 .г ! о=

\/= n S Ah, х2

- — + — =7

2 2 (3) или

2 ) ! у =-а (1

2 2

5с;

V =- Vî — V (6) 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- 5 ной оси отверстия. В отверстии 2 уста наьливают с использованием клеющего вещества устройство, состоящее из корпуса

4 в виде стакана с радиальными отверстиями 5 и переходящего в шток 6, на который 10 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- 15 ного штоку 6 торца трубы 7 установлен измеритель Я перемещения (микрометр), фиксирующий относительное перемещение трубы 7 и штока 6. На свободный торец корпуса 1 навлнчен стакан 9, имеющий цен- 20 тральное отверстие с резьбой, куда ввинчен винт 10" рукояткой 11. Винт 10 контактирует с поршнем 12, Внутреннюю полость устройства и инициирующую щель заполняют жидкостью с антиадгезионными по отноше- 25 нию 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 30 происходит разрыв материала образца с образованлем трещины 13, плоскость которой совпадает с плоскостью инициирующей щели 3. 3 o

Для контроля за размерами трещины с момента начала разрыва считают число оборотов винта 10 и определяют объем жидкости, поданной в трещину, по формуле где n — число оборотов винта 10;

S — площадь поперечного сечения поршня 12; 45

Л h — шаг резьбы винта.

По измерителю 8 перемещения определяют раскрытие трещлны вдоль ее оси симметрии. Затем радиус трещинь! t вычлсляют по формуле

- г (/з . „:: L v;. а". — ..!! (.. !1

8-та где V -- обьем жидкости в трещине;

2а — раскрытие трещины вдоль ее осл симметрии;

"o — радиус инлциируюшей щели.

Раскрытие трещины в произвольной точке вычисляют по формуле

x

2у=2а г где 2у — раскрь!тие 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, onpepeëÿ!oñq бы по формуле где !о — обьем зллипсоида с осями à, r, г

""îîòâåòñòâåííî, 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 обьем в декартовой системе координат го

V = л ) f (х1d х (2)

О где го — 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

Поставив (4) в (2), имеем

V =тг,) а (1 — --) d x, (5) о г

О.евидно, что !лзмеренный ьем жидкости

1740990 где 2у — раскрытие трещины на расстоянии х от ее оси симметрии.

В совокупности с другими параметрами нагружения образца 1 (давление, расход по5 даваемой жидкости), способ позволяет оценивать влияние напряженного состояния материала на трещинообразование и удароопасность, а также определять важнейший параметр разрушения — удельную поверх10 ностную энергию.

Формула изобретения

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

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

20 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 изме25 ренных объема жидкости и величины раскрытия трещины вдоль ее оси, или с учетом (1) и (5) Ч =да г — к) а (1 — — )d х ° (7) Уравнение (7) можно записать в виде

4 z ar — (3V+ 3 z а г, )г + z à r> = 0 (8) Из четырех корней уравнения (8) по физическому смыслу подходит лишь один

8 cs

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

2у=2 а

Составитель И.Родионова

Техред M,Ìîðãåíòàë Корректор M.Ïîæî

Редактор А,Долинич

Заказ 2079 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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