ТЕРМОНАГРУЖАТЕЛЬ К СТЕНДУ ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ ОБРАЗЦОВ МАТЕРИАЛОВ
THERMAL LOADER FOR BENCH OF MATERIAL SAMPLE TESTING

Изобретение относится к средствам испытаний образцов материалов при сложном нагружении и может быть использован совместно со стендами для физического моделирования геомеханических процессов на образцах горных пород и эквивалентных материалах.
Известен термонагружатель к стенду для испытания образцов материалов (патент РФ №1525543, кл. G01N 3/18), содержащий фрикционную колодку, привод перемещения фрикционной колодки, теплопроводный элемент, контактирующий с колодкой, приспособление для поджатия колодки к элементу.
Недостаток устройства состоит в отсутствии возможности создавать термическую нагрузку на любом открытом участке поверхности образца.
Известен термонагружатель, применяемый в стенде для испытания образцов материалов на термомеханическую прочность (патент РФ, №1610382, кл. G01N 3/18, 1990), содержащий фрикционную колодку, привод перемещения фрикционной колодки, теплопроводный элемент, контактирующий с колодкой, приспособление для поджатия колодки к элементу.
Недостаток устройства состоит в термическом нагружении только тех участков образца, через которые передается механическая нагрузка.
Более близким по конструкции к предлагаемому является термонагружатель к стенду для испытания образцов материалов (патент РФ, №1603224, кл. G01N 3/10, 1990), принимаемый за прототип и содержащий фрикционный диск, привод вращения фрикционного диска, опорную площадку из теплопроводного материала, приспособление для взаимного поджатия диска и площадки.
Недостаток прототипа состоит в том, что он встроен в конструкцию стенда и обеспечивает прогрев только одной зоны образца, причем только той зоны, через которую передается механическая нагрузка. Невозможно в ходе испытаний проводить термическое нагружение поочередно разных участков образца независимо от места приложения механической нагрузки к образцу. Необходимость менять зоны прогрева в ходе испытаний особенно актуальна при изучении поведения горного массива, где, как известно, термические градиенты перемещаются вслед за перемещением зон разрушения пород горными машинами. Перемещающиеся в пространстве зоны повышенного прогрева неравномерно активизируют процессы деформации и разрушения элементов массива, меняют поля напряжений, меняют несущую способной и характер разрушения пород. Для исследования этих закономерностей необходимо при моделировании разрушения на образцах обеспечить возможность соответствующим образом менять места прогрева образцов, величины термических градиентов, а также формы зон прогрева. Известные термонагружатели не позволяют проводить такие исследования из-за узких функциональных возможностей.
Техническим результатом изобретения является расширение функциональных возможностей термонагружателя путем обеспечения возможностей термического нагружения различных участков испытуемых образцов с различными по форме и температуре участками прогрева.
Технический результат достигается тем, что термонагружатель, содержащий фрикционный диск, привод вращения фрикционного диска, опорную площадку из теплопроводного материала, приспособление для взаимного поджатия диска и площадки, согласно изобретению имеет платформу, выполненную с возможностью независимого перемещения, и приспособление для предотвращения вращения опорной площадки относительно фрикционного диска, при этом привод вращения фрикционного диска, приспособление для предотвращения вращения и приспособление для взаимного поджатия установлены на платформе.
Технический результат также достигается тем, что на опорной площадке закреплены съемные теплопроводные прокладки, по форме соответствующие зонам прогрева.
Платформа, выполненная с возможностью независимого перемещения, и размещение всех остальных элементов конструкции на этой платформе делает терморегулятор автономным устройством, которое может проводить термонагружение в любом нужном месте, в котором он будет приложен к поверхности образца. Отсутствие возможности вращения площадки, которое обеспечивается дополнительным приспособлением, в присутствии привода вращения диска и приспособления для взаимного поджатия, позволяют создавать термическую нагрузку независимо от механической нагрузки на прогреваемой зоне. Вместе это и приводит к достижению технического результата.
Теплопроводные прокладки, по форме соответствующие зоне прогрева, позволяют менять форму зоны прогрева путем смены съемной площадки, что дополнительно расширяет возможности термонагружателя.
Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 показана принципиальная схема термонагружателя, на фиг.2 - примеры выполнения теплопроводных прокладок.
Термонагружатель содержит фрикционный диск 1, привод 2 вращения фрикционного диска, опорную площадку 3 из теплопроводного материала, приспособление 4 для взаимного поджатия диска 1 и площадки 3. Термонагружатель имеет платформу 5, выполненную с возможностью независимого перемещения, и приспособление 6 для предотвращения вращения опорной площадки 3 относительно фрикционного диска 1. Привод 2 вращения фрикционного диска, приспособление 6 для предотвращения вращения и приспособление 7 для взаимного поджатия установлены на платформе 5.
Термонагружатель имеет съемные теплопроводные прокладки 7 для закрепления на опорной площадке 3 и по форме (фиг.2) соответствующие зонам прогрева.
Рукоятки 8 служат для перемещения термонагружателя к разным частям образца 9. Усилие поджатия приспособления 4 (например, пружин) регулируется гайками 10. Соединение двигателя 2 с диском 1 осуществляется через многогранный хвостовик 11.
Термонагружатель работает следующим образом.
С помощью рукояток 8 подносят термонагружатель к поверхности образца 9, как показано на фиг.1, включают привод 2 и вращают фрикционный диск 1 относительно неподвижной площадки 3. При трении диска 2 о поджатую к нему площадку 3 фрикционная сила разогревает диск и площадку, повышенная температура передается на образец 9 через теплопроводную прокладку 7. Поверхность образца прогревается в заданной зоне, при этом форма зоны прогрева определяется формой используемой прокладки 7 в соответствии с задачей испытаний образца. Регулировка температуры прогрева проводится изменением силы взаимного поджатия диска 1 и площадки 3 с помощью гаек 10 и пружин 4, а также скоростью вращения привода 2.
После термической обработки одного участка образца 9 термонагружатель перемещают к другому участку и термонагружение повторяют в соответствии с задачами испытаний.
Изобретение обеспечивает проведение принципиально новых исследований силовой работы материалов - в условиях неравномерных термических нагружений объемов несущих элементов независимо от механических или иных воздействий на элементы. Это особенно актуально для горных пород, работающих в условиях механических и термических нагрузок, переменных по месту, величине и зоне распространения.