УЗЕЛ НАГРУЖЕНИЯ УСТАНОВКИ ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ МАТЕРИАЛОВ

Полезная модель относится к оборудованию для испытаний материалов и может быть использована в автодорожном хозяйстве, строительстве аэродромов, строительной индустрии для испытания асфальтобетона на усталость при циклических динамических воздействиях.
За последние годы на дорогах России наблюдается значительный рост интенсивности движения, скоростных режимов транспортных средств и грузоподъемности автомобилей. В современных условиях эксплуатации происходит увеличение количества приложений транспортных нагрузок в единицу времени, что обусловливает ускоренное развитие усталостных процессов в асфальтобетонном покрытии. Усталостная прочность асфальтобетона - способность материала сопротивляться действию циклических (повторно-переменных) нагрузок, является важнейшей характеристикой, определяющей долговечность асфальтобетонного покрытия и дорожной одежды в целом.
Испытания асфальтобетонов под действием циклических нагрузок (усталостной прочности) позволяют моделировать реальные условия нагружения асфальтобетона в покрытии. В результате можно определить как характеристики жесткости (деформативности), так и усталостную прочность или выносливость асфальтобетона до разрушения. Причем диапазоны амплитуд нагружения в этих методах испытаний должны быть разными.
Известно устройство по способу оценки усталости асфальтобетона при циклических динамических воздействиях, содержащее элемент передачи нагрузки, измерительные средства в виде датчика усилия и датчика перемещений и горизонтальное основание, на которое устанавливают балку-образец (см. RU №2299417, МПК G01N 3/32, дата публикации 20.05.2007).
Недостатком данного технического решения является узкая область применения и недостаточная достоверность измерений при циклических динамических воздействиях за счет жесткого защемления балки-образца, создающего дополнительные внутренние усилия на концах и наличия влияния действия двухполюсного электромагнита на величину прикладываемого усилия и характеристик колебаний. Кроме того жесткое защемление балки-образца подразумевает более сложную конструкцию узла позиционирования.
В качестве ближайшего аналога принято устройство для определения деформаций динамической ползучести дорожно-строительных материалов, содержащее элемент передачи нагрузки, выполненный в виде толкателя, измерительные средства в виде датчика усилия и датчика перемещений, основание, выполненное с возможностью перемещения в вертикальной плоскости, на которое укладывают балку-образец (см. патент РФ №111293, МПК G01N 3/36, дата публикации 10.12.2011).
Недостатками ближайшего аналога являются повышенная материалоемкость конструкции и недостаточная достоверность измерений при циклических динамических воздействиях, поскольку в расчетной схеме не учитывают совместную работу слоев образцов материалов.
Задачей, на решение которой направлена предлагаемая полезная модель, является разработка конструкции узла нагружения, позволяющего с высокой степенью достоверности моделировать различные условия работы образца материала в процессе испытаний.
Технический результат, достигаемый при решении поставленной задачи, выражается в повышении точности и достоверности испытаний материалов за счет обеспечения более точного моделирования реальных условий работы благодаря учету податливости дополнительных слоев, а также снижении трудоемкости и материалоемкости.
Поставленная задача решается тем, что в узле нагружения установки для испытания материалов, содержащем элемент передачи нагрузки, измерительные средства в виде датчика усилия и датчика перемещений, горизонтальное основание, выполненное с возможностью перемещения в вертикальной плоскости, на которое укладывают балку-образец, элемент передачи нагрузки выполнен в виде П-образной рамки, торцы концов которой при максимальном уровне перемещения элемента передачи нагрузки размещены с зазором относительно обращенной к нему плоскости горизонтального основания, которое оперто на пружины сжатия, при этом в качестве деформируемых элементов датчиков перемещений используют пружины сжатия.
Сопоставительный анализ существенных признаков предлагаемого технического решения с существенными признаками ближайшего аналога свидетельствует о его соответствии критерию «новизна».
На фиг. 1 изображен узел нагружения установки для испытания материалов.
На чертежах изображен элемент передачи нагрузки 1, измерительные средства в виде датчика усилия 2 и датчиков перемещений 3 горизонтальное основание 4, балку-образец 5, торцы концов 6 элемента передачи нагрузки 1, пружины сжатия 7 датчиков перемещений 3.
Элемент передачи нагрузки 1 выполнен в виде П-образной рамки, торцы концов 6 которой при максимальном уровне перемещения элемента передачи нагрузки 1 размещены с зазором относительно обращенной к нему плоскости горизонтального основания 4, которое оперто на пружины сжатия 7 датчиков перемещений 3.
Датчик усилия 2 выполнен в виде балки равного сопротивления.
В датчиках перемещений 3 в качестве деформируемых элементов используют пружины сжатия 7.
Горизонтальное основание 4 выполнено с возможностью перемещения в вертикальной плоскости.
Заявляемая конструкция работает следующим образом.
Предварительно из асфальтобетона различных видов изготавливают ряд балок-образцов 5 размером 10×10×50 см (могут быть и другие размеры). Затем балку-образец 5 укладывают горизонтальное основание 4 с возможностью их плотного контактирования.
Далее происходит нагружение изгибающей нагрузкой, которую с помощью элемента передачи нагрузки 1 прикладывают к середине балки-образца 5 до отказа при последовательном нагружении в определенных режимах, при этом контролируют температуру и сообщаемое образцу усилие с помощью датчика усилия 2. Длительность и амплитуда нагружения определяются частотным спектром воздействия транспортных средств на асфальтобетонное покрытие. Также в процессе испытания при каждом режиме нагружения регистрируют изгибные деформации балки-образца 5 и горизонтального основания 4 с помощью датчиков перемещений 3, подсчитывают количество циклов до отказа (разрушения) балки-образца 5, вертикальное перемещение (прогиб) балки-образца 5 и горизонтального основания 4 с помощью пружин сжатия 7 датчиков перемещений 3, образование трещин и их развитие.
Конструкция горизонтального основания 4, которое оперто на пружины сжатия 7 датчиков перемещений 3, обеспечивает возможность моделирования реальных условий работы асфальтобетонного покрытия в процессе испытаний (расчетная модель «подстилающий слой - асфальтобетон»), а использование наборов пружин сжатия 7 различной жесткости, соответствующей разной податливости основания дорожного полотна, позволяет имитировать основание дорожного полотна от очень жесткого (бетонное основание) до слабого.
Далее производят анализ на основе следующих показателей:
частотных и температурных зависимостей модуля упругости, изгибных, предпочтительно растягивающих деформаций балки-образца 5 и деформаций горизонтального основания 4, коэффициента постели горизонтального основания 4, площади петли гистерезиса в координатах напряжение - деформации, энергии диссипации в каждый конкретный цикл и на протяжении всего испытания, количеству циклов до отказа балки-образца 5.
По результатам испытаний назначают расчетные характеристики материалов, используемых при проектировании дорожного покрытия. В итоге можно определить как характеристики жесткости (деформативности), так и усталостную прочность или выносливость асфальтобетона до разрушения.