СТЕНД ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ ОБРАЗЦОВ ГОРНЫХ ПОРОД И МОДЕЛЕЙ ИЗ ЭКВИВАЛЕНТНЫХ МАТЕРИАЛОВ
BENCH FOR TESTING ROCK SPECIMENS AND MODELS OF EQUIVALENT MATERIALS

Изобретение относится к области вибрационной техники и предназначено для исследования образцов горных пород и моделей из эквивалентных материалов на воздействие механических колебаний, а именно, волн Рэлея.
При неглубоких землетрясениях, составляющих большую часть (70-80%) всех землетрясений, наиболее мощными и опасными являются поверхностные волны, и в первую очередь - волны Рэлея, под действием которых элементы среды или сооружений совершают круговые или эллиптические движения (Аки К., Ричарде П. Количественная сейсмология: Теория и методы. Т.1, М.: Мир, 1983, 520 с.).
Известен стенд для испытаний моделей гидротехнических сооружений на сейсмическое воздействие по патенту СССР № 1838771, МПК G01M 10/00, Е02В 1/02, опубл. 30.08.1993 г., содержащий опорную пластину для жесткого крепления модели сооружения, гидроцилиндры для создания сейсмического воздействия на опорную пластину и связанные с ними гидродомкраты, образующие систему для обеспечения динамического перемещения основания модели в соответствии с моделируемым сейсмическим воздействием. При этом создание колебаний в модели осуществляется только в вертикальной плоскости.
Недостатком такой установки является невозможность создания колебаний круговой или эллиптической формы по направлению распространения волн.
Известно устройство для нагружения образцов по патенту СССР № 1826035, МПК G01N 3/32, опубл. 07.07.1993 г., содержащее основание с размещенным на нем корпусом с двумя параллельными стенками, расположенный в корпусе механизм нагружения, включающий толкатель, силовую пружину, одним концом соединенную с толкателем, захват образца, закрепленный на втором конце пружины, нагружатель, выполненный в виде катушки с якорем, и два фиксатора, связанные с толкателем. При этом устройство может быть снабжено дополнительными механизмами нагружения, установленными на корпусе на разных расстояниях от основания и выполненными аналогично основному. С помощью этого устройства можно осуществлять создание колебаний в испытуемых образцах при приложении нагрузки как в горизонтальной плоскости, так и в плоскостях, наклонных к основанию.
Это известное устройство также не обеспечивает возможности проведения испытаний при создании в образцах горных пород или моделях из эквивалентных материалов волн Рэлея, под действием которых элементы среды совершают круговые или эллиптические колебания.
Изобретение решает задачу расширения функциональных возможностей установки (стенда) для испытания образцов горных пород и моделей из эквивалентных материалов при воздействии механических колебаний.
Техническим результатом изобретения является увеличение объема получаемой информации при проведении испытаний образцов горных пород и моделей из эквивалентных материалов за счет возможности воздействия на них колебаний круговой или эллиптической формы, характерных для волн Рэлея.
Технический результат достигается тем, что стенд для испытания моделей из эквивалентных материалов и образцов горных пород, содержащий основание, установленные на нем полку с захватом для образца, механизм нагружения, связанный с захватом и включающий привод вращения, согласно изобретению, механизм нагружения выполнен в виде диска вращения, на торцевой поверхности которого выполнена кольцевая канавка, двух роликов качения, оппозитно установленных в канавке, двух жестких параллельных упоров, расположенных в плоскости, параллельной плоскости вращения диска, каждый из которых одним концом соединен с соответствующим роликом, а другим концом жестко соединен с захватом. При этом диск вращения эксцентрично закреплен на валу привода вращения и установлен с возможностью регулирования эксцентриситета.
Кроме того, привод вращения может быть выполнен с возможностью регулирования скорости вращения.
Изобретение поясняется чертежом, на котором схематически показан заявленный стенд для испытания моделей из эквивалентных материалов и образцов горных пород на воздействие волн Рэлея.
Стенд для испытания моделей и образцов горных пород, имитирующих воздействие на образец волн Рэлея, содержит основание 1, на котором установлены полка 2 с захватом 3 для образца 4, механизм нагружения 5, связанный с захватом 3 и включающий привод вращения 6.
Механизм нагружения 5 выполнен в виде диска 7 вращения, на торцевой поверхности которого выполнена кольцевая канавка 8, двух роликов 9 и 10 качения, оппозитно установленных в канавке 8, двух параллельных упоров 11 и 12, расположенных в плоскости, параллельной плоскости вращения диска, каждый из которых одним концом соединен с соответствующим роликом 9 и 10, а другим концом жестко соединен с захватом 3. Диск 7 вращения эксцентрично закреплен на валу 13 привода вращения 6 с эксцентриситетом «ε».
Привод вращения 6 выполнен с возможностью регулирования скорости вращения, что позволяет получить дополнительную информацию об исследуемом образце путем расширения частотного диапазона приложенных колебаний.
Диск 7 вращения установлен на валу 13 с возможностью регулирования эксцентриситета (эксцентриситет регулируется одним из известных способов, например, путем перемещения точки закрепления диска на валу в прорези, выполненной в диске, и т.п.).
Стенд работает следующим образом.
При включении привода 6 с необходимой частотой вращения приводится в движение эксцентрично закрепленный на валу 13 диск 7 вращения, который передает усилия через ролики качения 9 и 10 на упоры 11 и 12, жестко соединенные с захватом 3. Захват 3 совершает круговые движения, которые передаются образцу 4. В результате в объеме образца возникают колебания, имеющие круговую или эллиптическую форму по направлению распространения.
Путем изменения частоты вращения привода и величины эксцентриситета диска достигаются требуемые спектральные характеристики воздействия, в частности, амплитуда и частота колебания за необходимый временной интервал. При этом создаваемые колебания позволяют имитировать воздействие колебаний круговой и эллиптической формы по направлению распространения, характерные для волн Рэлея.
Таким образом, заявленная конструкция обеспечивает расширение функциональных возможностей установки для испытания образцов горных пород и моделей из эквивалентных материалов за счет возможности проведения нового вида испытаний - при создании в образце горных пород или моделях из эквивалентных материалов волн Рэлея, что существенно увеличивает объем получаемой информации при исследованиях.