УСТАНОВКА ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ МОДЕЛЕЙ ИЗ ЭКВИВАЛЕНТНЫХ МАТЕРИАЛОВ И ОБРАЗЦОВ ГОРНЫХ ПОРОД

Полезная модель относится к области вибрационной техники и предназначена 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 №SU 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 образца по патенту РФ №1597685, МПК G01N 3/32, опубл. 07.10.1990 г.), содержащее основание из ферромагнитного материала, установленные на нем с возможностью поступательного перемещения механизмы нагружения, размещенные вокруг испытываемого образца по нескольким направлениям до контакта их захватов с поверхностью образца. Каждый из механизмов нагружения выполнен в виде полого корпуса с закрепленным на нем электромагнитным фиксатором, жестко соединяющим механизм нагружения с основанием, и расположенных в корпусе электромагнитных катушек с установленным между ними якорем, соосных катушкам захвата образца и пружины, соединяющей его с якорем. Образец испытывают на сжатие или растяжение ступенчато по направлениям, совпадающим с расположением механизмов нагружения, по отдельным программам для каждого механизма нагружения с увеличением их числа, в процессе испытания.
Данное устройство позволяет нагружать образцы материалов ступенчато по различным направлениям, однако оно не обеспечивает возможности проведения испытаний при создании в образцах горных пород или моделях из эквивалентных материалов поверхностных волн типа волн Рэлея,
Наиболее близким по технической сущности является устройство для нагружения образцов по патенту РФ №1826035, МПК G01N 3/32, опубл. 07.07.1993 г.), содержащее основание с размещенным на нем корпусом, включающим нижнюю полку и две параллельные стенки, расположенный в корпусе на нижней полке 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.
Полезная модель решает задачу расширения функциональных возможностей стенда (установки) для испытания образцов горных пород и моделей из эквивалентных материалов при воздействии механических колебаний.
Техническим результатом от использования полезной модели 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, в частности, для волн Рэлея.
Технический результат достигается тем, что установка для испытания моделей из эквивалентных материалов и образцов горных пород, содержащая основание, установленные на нем полку, захват для образца и механизм нагружения, связанный с захватом, согласно полезной модели, механизм нагружения выполнен в виде диска вращения, на торцевой поверхности которого выполнена кольцевая канавка, двух роликов качения, оппозитно размещенных 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, и снабжен приводом вращения, при этом диск вращения эксцентрично закреплен на валу привода вращения.
Технический результат достигается так же тем, что привод вращения может быть выполнен с возможностью регулирования скорости вращения.
Технический результат достигается так же тем, что диск вращения может быть установлен на валу с возможностью регулирования эксцентриситета.
Полезная модель поясняется чертежом, на котором схематически показана заявленная установка для испытания моделей из эквивалентных материалов и образцов горных пород на воздействие волн Рэлея.
Установка для испытания моделей и образцов горных пород 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.).
Установка 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 моделей из эквивалентных материалов и образцов горных пород 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.