Определение статического модуля упругости и коэффициента Пуассона

Оборудование и материалы. Для определения статического модуля упругости и коэффициента Пуассона горных пород применяется цифровой тензометрический мост, обойма с внешними полумостами тензодатчиков и гидравлический пресс П-50. Цифровой тензометрический мост (ЦТМ-5) предназначен для измерения статических деформаций при помощи тензодатчиков сопротивления. Прибор (рис. 1.6) состоит из блока измерения (1) и блока коммутации (2). В качестве образцов горных пород используют керн диамет­ром 50-70 мм, высотой 80-100 мм. Форма испытываемых образцов и качество их торцевых поверхностей должны отвечать следующим условиям: разность диаметров поперечного сечения не должна пре­вышать 1, 5 - 2мм, торцевые поверхности должны быть параллельны друг другу и перпендикулярны к боковой образующей, кривизна торцевых поверхностей должна быть не более 0, 05мм.

Порядок проведения эксперимента. Замерить диаметр образца горной породы в нескольких точ­ках. В обойме 3 с датчиками закрепить исследуемый образец. Обойму с исследуемым образцом устано­вить на нижнюю плиту гидравлического пресса, прижать верхней плитой. Перед проведением опыта, необходимо несколько раз наг­рузить и разгрузить образец, доводя нагрузку примерно до 20-30 % от разрушающей нагрузки. Это обеспечит стабильность дальнейших измерений, так как улучшается контакт образца с плитами пресса. Соединить блок измерения и блок коммутации согласно общей электрической схеме (рис. 1.6). Обойму 3 с внешними полумостами датчиков подключить к разъе­му XI блока коммутации. Выключить все кнопки переключателей рода работ. Включить вилку прибора в электрическую сеть.

 

Рис. 1.6. Схема соединения измерительной аппаратуры:

1- блок измерений; 2 - блок коммутации; 3 - обойма с образцом

 

Вклю­чить тумблер " сеть" на блоке измерения, при этом загораются лампы световых табло. Левое табло регистрирует номер измеряемого канала, а правое - величину измеряемой деформации в относи­тельных единицах (ЕОД). Нажать кнопку " сброс", установив, таким образом, блок коммутации в нулевое состояние (на табло измеряемого канала - нули). Поставить тумблер " периодически-непрерывно" в положение " периодически". Нажать кнопку " ручное управление" ' переключателя рода работ. Произвести начальное нагружение объ­екта (10 ¸ 15% от разрушающей нагрузки) и нажимая кнопку ''пуск" зафиксировать на правом табло продольную и поперечную деформации по выбранным каналам (номера каналов должны быть указаны на обойме с датчиками).

После этого нажать кнопку " сброс" и вновь нагрузить образец. При испытании сжимающая нагрузка доводится до 25 - 30 % от разру­шающей нагрузки тремя-пятью интервалами. Доводить сжимающую нагрузку до величины, большей 25-30 % от разрушающей, нецелесообразно, так как можно превзойти предел упругости испытываемого материала. Кроме того, раскрывающиеся со значительным увеличением наг­рузки трещины могут вызвать неоправданно большие поперечные де­формации, что приведет к ошибкам при определении коэффициента Пуассона.

После каждого интервала нагружения произвести измере­ние продольной и поперечной деформации по соответствующим ка­налам. Таким образом, в результате эксперимента получают значения N_о, N₁, N₂ , …, N_n - продольных деформаций и соответствующие им значения М_о, М₁, М₂ ,..., М_n. - поперечных деформаций для n интервалов нагружения.

Обработка полученных результатов. Расчет показателей упругости выполняется по следующей методике.

Модуль продольной упругости образца горной породы находит­ся из выражения, МПа:

где F - нагружающее усилие; d - диаметр образца, м; N_n - измеряемые значения продольной деформации, ЕОД (ЕОД – единица относительной деформации, 1 ЕОД = 10^-6 x_е, где x_е - относительная деформация); К - коэффициент тензочувствительности датчиков сопротивления (указан на обойме с датчиками).

Коэффициент Пуассона образца горной породы определяют из отношения:

где М_n - измеряемые значения поперечной деформации, ЕОД.

ВНИМАНИЕ! Время одного измерения не более 5с.

Порядок оформления работы. Результаты работы представляются в виде описания эксперимен­та и таблицы замеров по приведенной ниже форме 4.

Форма 4

№ п/п	Исследуемая порода	Измеряемые значения нагрузки, Н	Измеряемые значения продольной деформации	Измеряемые значения поперечной деформации	Коэффициент Пуас­сона, m	Модуль Юнга Е, МПа
Fn-1	Fn	Nn-l	Nn	M n-1	Mn

Результаты исследований подвергаются аналитической обработ­ке с целью определения среднего значения параметров, довери­тельного интервала и коэффициента вариации.