Студопедия Главная Случайная страница Задать вопрос

Разделы: Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

Определение твердости и коэффициента пластичности горных пород




Твердость - это сопротивление материала местной деформации, возникающей при внедрении в него более твердого тела (пуансона, индентора, штампа). Различают твердость статическую и динамическую. Статическая твердость определяется при постепенно увеличивающейся нагрузке, динамическая - при ударном внедрении индентора. Для горных пород обычно устанавливается статическая твердость, численное значение которой определяется по формуле, Па: Ршт. = Fраз./ Sшт, где Fраз - величина разрушающей нагрузки, соответствующей пределу прочности породы на вдавливание, Н; Sшт - площадь штампа, м2.

Пластичность - это свойство твердого тела необратимо деформироваться под действием механических нагрузок. Пластическая деформация горных пород является результатом относительного смещения их компонентов (атомов, молекул или ионов, узлов кристаллической решетки, а также минеральных зерен твердой фазы) вследствие разрушения первоначальных и образования новых связей внутри формируемой горной породы без нарушения ее сплошности. Пластические деформации являются необратимыми. При этом только в случае идеально пластичного тела пластические деформации не связаны с дальнейшим увеличением напряжения. В реальных же горных породах существуют нелинейные зависимости пластических деформаций от дальнейшего увеличения напряжений (участок АВ, рис. 3.1), которые и отражают их пластичность. Пластичность горных пород возрастает с повышением их температуры, влажности и степени всестороннего сжатия. Для большинства горных пород повышение их прочности сопровождается снижением пластичности.

Численно пластичность горной породы оценивается коэффициентом пластичности, который вычисляется по формуле: где Аобщ - общая работа, затраченная на местное разрушение породы под штампом, равная площади фигуры ОДВС (см. рис. 3.1); Аупр - работа, затраченная на упругие деформации породы под штампом, равная площади треугольника ОДЕ.

Оборудование и материалы. Определение твердости и коэффициента пластичности горных пород производится на установке настольного типа УМГП-3 при плавном механическом нагружении вдавливанием в породу металлических пуансонов с плоской контактной поверхностью. Конструкция установки позволяет производить запись диаграмм "нагрузка - деформация ", с помощью которых определяются значения твердости и коэффициента пластичности.

 

Рис. 3.1. Зависимость - "Нагрузка-деформация"

 

Установка УМГП-3 (рис. 3.2) состоит из трех основных узлов: нагрузочного приспособления, электрического измерителя деформаций и столика для установки испытуемого образца.

От электродвигателя 1 усилие через винт 2 и ленту 3 передается на рычаг 4 и маятник 15 со сменными грузами, позволяющими развивать максимальные усилия от 0,515 кН для слабых пород до 12,34 кН для наиболее крепких пород. Количество сменных грузов - 4. Поворачиваясь вокруг оси, рычаг 4 давит на шток 7, который опускается и через штамп 6 передает усилие на образец 10. Одновременно усилие через рычаг 4 и ленту 3 передается на маятник 15, который уравновешивает это усилие, отклоняясь на некоторый угол. С маятником связано записывающее перо 14, которое в процессе нагружения перемещается вдоль образующей барабана 13 пропорционально действующей нагрузке. На штоке 7 установлен рычаг 8, соединенный с измерительной ножкой 9, которая поднимается при нагружении на величину внедрения штампа в образец породы 10, установленный на столике 11. Высота этого столика при помощи маховичка 12 может изменяться в зависимости от размеров образца. Измерительная ножка 9 при этом отклоняет рычаг 8, и контактная пластинка на его левом плече замыкает нижний контакт подвижной головки 5.

 

Рис. 3.2. Схема установки УМГП-3.

 

Затем включается электрическая цепь следящего устройства, и головка 5 опускается вниз, вызывая этим поворот барабана 13 на величину, в 400 раз превышающую деформацию образца под штампом. Перо 14 при этом, записывает на миллиметровке барабана 13 кривую (диаграмму) в координатах "нагрузка-деформация". Испытание образца заканчивается образованием в породе под штампом лунки выкола. Образцы диаграмм, полученных при испытании различных горных пород, приведены на рис. 3.3.

Пуансоны изготавливаются из калёной стали или твердого сплава с площадью контакта 0,5 - 5мм2. Вдавливание пуансона производится в специально изготовленный образец породы с двумя плоскопараллельными поверхностями. Толщина образца должна быть не менее (15-20) dшт, где, dшт - диаметр плоской контактной поверхности пуансона. Боковые поверхности образца могут быть произвольной формы. Для сильно пористых и малопрочных пород применяются штампы с площадью контакта 2 - 5мм2, для прочных мелкозернистых пород 0,5 - 1,5мм2.






Дата добавления: 2014-11-10; просмотров: 281. Нарушение авторских прав

Studopedia.info - Студопедия - 2014-2017 год . (0.006 сек.) русская версия | украинская версия