Файловый архив студентов. Файловый архив студентов.
1261 вуз, 4607 предмет.
/ Регистрация
FAQ Обратная связь Вопросы и предложения
Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Пермский национальный исследовательский политехнический университет
Предмет:
[НЕСОРТИРОВАННОЕ]
Файл:

Совершенствование разработки калийных месторождений

..pdf
Скачиваний:
6
Добавлен:
15.11.2022
Размер:
6.57 Mб
Скачать
☆

Метод определения К 1С путем индентирования [5 ,6 ] заключается

вследующем. В полированную поверхность образца вдавливают индентор

вформе пирамиды (индентор Виккерса). Нагрузку подбирают таким об­ разом, чтобы после вдавливания в поверхность образца из вершин от­ печатка шли трещины (рисунок).

Рис. Развитие радиальных трещин из вершин отпечатка, образующихся при индентировании пирамидой Виккерса

В работе [7 ] установлена линейность связи между суммарной длиной трещины, исходящих из вершин отпечатка, и нагрузкой, при­ ложенной к индентору.

На основе этого, в работе [6] разработана принципиальная схе­ ма определения вязкости разрушения. В результате анализа поля на­

пряжений под внедряемым индентором выявлена связь между

и па­

раметрами первоначального разрушения:

 

 

 

£_г

(I)

 

 

 

где

-

а

 

половина длины трещины (см. рисунок);

 

 

-

расстояние от источника напряжений до точки определе-

1*

а- половина длины диагонали отпечатка;

здесь

-

безразмерные функции;

G r -

предел текучести;

ff7

-

радиус пластической воны;

$

-

коэффициент Пуассоне;

JL

-

коэффициент трения между индентором и испытываемш

 

 

материалом.

После некоторых преобразований, введя

Цвет каменной соли

Светлосерый

прозрачный

Серый с пятнеми молочного цвета

Серый

Темно-серый

Темно-серый с пятнами молоч­

ного цвета

Светло-коричне-

вый с прозрач­ ными участками

Светло-коричне­ вый

Розово-коричне­ вый

Предельные зна­

Нагрузка

Число испыта­

Половина

 

Полудлина

Вязкость

чения диаметров

на ннден-

ний

длины диаго­

трещины

разруше­

се^ни^ерен

тор,

 

нали отпе­

сг-ю ^ Т -

ния AVc

 

Р - К Г 1 Н

 

чатка

,А

#м

 

МН*м~3' 2

 

 

а -ю

 

 

15-1Ю

 

5

3,77

 

 

5,78

2,4

20-130

0,080х *

2

0,43

 

 

0,58

1.0

20-130

0,200

3

0,68

 

 

0,91

1.3

20-130

5

2

3,52

 

 

13,40

0,3

20-130

5

I

3,61

 

 

10,50

1.0

20-130

5

2

3,52

 

7,30

1.8

5-90

0,200

3

0,70

 

 

0,85

1,5

5-90

5

3

3,60

 

8,20

1.5

20-110

5

9

3,60

 

 

6,80

2.0

10-70

5

4

3,61

 

6,52

2.1

10-70

10

3

5,24

 

H ..I

2,0

2-7

0,070

4

0,37

 

 

0,56

1,0

3-10

0,200

3

0,65

 

1,03

1,2

1-6

0,200

3

0,65

 

0,74

1.6

1-6

5

6

3,39

 

 

4,04

3.2

2-5

0,200

2

0,67

 

 

0,84

1.4

Испытания с нагрузкой менее Ю Н проводились на ПМТ-З, с нагрузкой более 10 Н -

на

ТП-7р-1

_

Зависимость /С>с

от цвета образцов не обнаружена, но замет­

на зависимость К 1С от

соотношения между размером индентора и ди­

аметром сечения (плоскостью шлифа) вернв: при

CL'rd^ значение

К 1с оказалось вш е. Не исключено, что при

o < d ^

намерение

вязкости разрушения производится в объеме одного кристаллита.

В монокристаллах трещины не ортогональны к поверхности образце

(следствие анизотропии)

и поэтому при расчете

/<1С

необходима

поправка на разориентацию путем использования соотношения механи­ ки разрушения для наклонной плоскости к однородному полю растяги­ вающих напряжений [8 ] . Вводя поправку, учитывающую угол наклона между плоскостью трещины и поверхностью, можно получить значения

С

 

 

поликристаллов. При CL > d ^

измере­

, близкие к таковым для

ния К 1С

проводятся для полвкриоталла.

 

Значение /<1С

для монокристалла

Na.Ce в плоскости

{100} и

по направлению С10X3 было получено этим методом и соот­

ветствовало 0,4 М Н * м п р и

твердости

по Виккерсу 0,24 ГПа С5].

Несмотря на то,

что приведенные абсолютные значения

*1С

имеют по1решность, результаты для набора структурных разностей являются достовернши из-за применения единой методики расчета и измерений. Этим методом можно оцределять К 1С на образцах произ­ вольной формы.

Для образцов размером 50x100x450 мм коэффициенты трещиноетойкости, определенные ранее методом трехточечного изгиба К 1С «= * (0,67 * 0,09) МН*м” 3//2. Излом в таких образцах имел смешанный характер (транскристаллитный и интеркристаллитный), частично про­ ходил по межаереиному пространству, заполненному глиной, поэтому значение K ic в среднем оказалось ниже, чем полученное методом индентирования.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1.Прикладные вопросы вязкости разрушения / Пер. с англ. -

И.: Мир, 1968. - 552 с.

2.Волков Г.С . Анализ характера разрушения образцов в испы­ таниях на трещиноетойкость // Трещиностойкость материалов и эле­ ментов конструкций / Тр. Всесоюз.симпоз. - Киев: Паукова думка, 1980. - С. 76-83.

3*

Фудзни Т. 9 Дзако М. Механика разрушения композиционных

материалов / Пер. с японок. -

М.: Мир, 1982. -

232 с.

 

4.

Зильберомидт В .Г .,

Тимофеев В .В .,

Спиркова С.И. Опреде­

ление параметров трещиностойкости соляных горных пород // Тез.

дохл. П Всесоюз. симпоз. по механике разрушения. Кйев,

15-17 окт.,

1985. -

С. 31.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5. Strans

A.G., Chaies &.А.,

Fzactuze

toughness

detezm i n a tio n

By

in d e n ta tio n . 'J.

А/пег. Cezccm.

SO C . , V

. 5 9 , 1976,

N 7 - 8 ,

p .

3 7 1 -3 7 2 .

 

 

6.

&tXans

A. G .,

W it s h a u r

T. P ., Q u a s i - s t a t i c

SOBLCL

p a z tic B e

d a m a g e

i n

B z ittB e

 

s o B i d s , Acta

m e t . ,

v. 2 4 ,

1976,

N 1 0 ,

p

9 3 9 - 9 5 6 .

 

 

7.

Pcti/nytrist

S J e t n i o n t o z e t s ,

A n n .,

V. /41,

S . 300.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8.

S l k

О. C .,

H andB ook

Of

S t z e s s

i n t e n s i t y

F a cto zs,

i n s t i t u t e

o f

F z a ctu z e

a n d

SoBid

M ech a ­

n i c s ,

L e h ig h

U n ic e z s it y ,

fo e th te h e m ,

Pa.,

1973.

УДК 622.023.24

Г .Г . Зарецкий-Феоктистов9 А.Г.Лопушняк, В.П.Терещенко

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ (ХПЗДВЛЕНИЕ КОЭМИЩЕНТА ДИНАМИЧЕСКОЙ ВЯЗКОСТИ ШИННОВ СОЛИ

(Ленинградский горный институт)

Выбор в качестве реологической для калийной ооля модели течения вязкой кидкооти, находящейся в объемном напряженном сос­ тоянии при достаточно высоком уровне действующих напряжений» позволяет получить достаточно простое описание поведения соля­ ных массивов, в частности затекания выработок маосива во времени. Математически такой переход эквивалентен переходу от модели изо­ тропного несжимаемого упругого материала, описываемого системой

уравнений:

ez-e=2&tx ,

6y-e =2 b t y ,

( I )

бг-е=2&£г,

 

д и

д а

+ д и г

 

(2)

 

д х

д у

В г

*

 

 

к системе уравнений для компонент скорости:

 

 

e x -

 

e

z x y ~ J x i * y ' >

 

 

<5y ~ e =

^ * ' y '

Zy%= JA’ t y f >

(3)

 

 

 

&z - 6 - 2J *.£2 ,

 

i x ■>

 

 

 

 

 

 

 

(4)

где <8

- среднее упругое напряжение;

 

 

JL

- коэффициент динамической вязкости;

 

 

% г х

- компоненты скорости вязких деформаций.

 

Так как в шахтных условиях деформации горного массива очень мала, то можно считать, что напряжения находятся в статическом равновесии и динамическими эффектами можно пренебречь. Коэффици­ ент ус принимается постоянным, независящим от времени. Таким образом, можно сформулировать следущие критерии, позволявшие идентифицировать принадлежность исследуемого материала к классу, описываемому модельв вязкой жидкости:

1)поведение материала под нагрузкой должно описываться уравнением (2 );

2)коэффициент Пуассона материала должен быть равен 0,5;

3)

объемное разрыхление

Л в * 0;

4)

должно выполняться уравнение неразрывности £ » 0.

Для обоснования метода,

используемого для экспериментально­

го изучения поведения коэффициента динамичеокой вязкости калий­ ной соли, воспользуемся ренениеи о сжатии тонкого слоя вязкой жидкости между плоскостями1^. Рассматривалась следующая симмет­ ричная 8адача: найти ранение уравнения

2

2

(5)

V V

Ч)=0

при оледунщих граничных условиях

Д) Наши А. Пластичность я разрушение твердых тел. - U. : М 1954. - 547 о.

 

 

* « Л ,

 

 

(Г—

(f0 ^ c o n s t ,

 

 

 

2 = - Л ,7

 

(J=

<J„О=

C o n s t , 1

 

здесь V

-

функция тока

для указанной вше

задачи;

2/г

-

толщина

слоя;

 

 

 

 

 

J

-

осевая компонента скорости,

направленная вдоль

 

 

оси.

V

 

 

 

 

 

 

Выбирая для

представление в виде полинома

 

 

 

yjs: CjZ2% +С2 %2 г 3

 

(7)

подучим сдедущие

выражения для компонент упругих напряжений:

 

 

 

 

3 м * / 2 2 у 2

. 2 \

 

 

в г =<3г

^ г

( г - а

_ 4 z

+ 2 h If

^

, 2 2 „ 2 ,/2\

Gi=-fjT-(*-a +2г -4А ),

 

(8)

г , = -

г % ,

'гг

2 h 3

 

Р = - - ^ - ( 6г + е ь + 6*)>

где О. - радиус образца в виде тонкого сдоя.

Постоявши интегрирования С1 в С2

определены нэ условия

равенстве нулю величины среднего давления Р = 0 в точках

г=а, % = О . Отсюда можно получить распределение давления в

средней плоскости 2 = 0:

 

Р ’ Р т а ж ^ - ^ ) '

(9)

Тогда требуемая для сдавливания цилиндрического вязкого одоя ра­ диуса а полная осевая нагрузка

_ Jjrju<roa*

(Ю)

Р ~ 8h3

Учитывая условие несжимаемого материала

сдоя h a

из выражения (Ю ) можно подучить соотношение,

свяаывапцее JL с

нагрузкой:

 

 

^ т 6

А

2

vт*Л

 

(7 - 0

(И)

 

I, a

■ f г А «

2

 

 

 

 

 

О

о

^

 

 

 

 

 

 

 

w О

 

 

 

где <3=

-

среднее напряжение, придожеиное ж цилнндрнческо-

 

 

му одою;

 

 

 

 

А,,0.е -

значения Л я а. в момент t « 0.

 

Изложенное решение справедливо только для малых по сравне­

ние с толщиной сдоя омещений и в предположении, что

толщине олоя

много меньше его поперечных размеров. Теним образом,

формула ( I I )

дает возможность определить

значение коэффициента J*

на основе

зкепернментадьных данных. Режим испытаний при атом должен быть следующий: тонкий диск из исследуемого материала подвергается

ожатию при условии & = const. В ходе эксперимента измеряется

значение осевой £ г (t) и поперечной

£ г (t) деформаций как функ­

ций времени. Величина ji определяется по формуле ( I I ) .

 

Испытания проводились на универсальной установке НУ-58 кон­

струкции ВНИИ? на образцах калийной ооли

(Солигорек),

их рудников,

выполненных в виде дисков диаметром 30 ш

и толщиной 6-8 ш . Вели­

чины компонент скоростей деформации

^ f x

и

~ f *

определя­

 

ла

 

« с

 

£z (t).

лись графическим дифференцированием зависимости

£х (t) и

Некоторые результаты экспериментов представлены на рис.

1,2.

Авали8ируя графаки изменения деформаций и скоростей деформа­

ций от времени, видим, что наибольшее изменение приходится на

начальный участок времени испытания

t ж 0*60 мин. При t > 60 мин

кривая окорооти практически постоянна, позтому длительность испы­ таний в данном цикле последований была ограничена тремя часами. Величина окорооти деформации определяется уровнем приложенной нагрузки. Для более детальной характеристики механизма деформи­ рования материала образцов о целью выяснения выполнимости усло­ вий, соответствующих модели вязкой жидкости, были исследованы за­

висимости коэффициента Пуассона £

и объемного разрыхления л В

от времени и уровня нагрузки. Козффициент ?

при

<&

» 60 МПа

не участке стабилизации равен 0,44,

при <5 * 80 МПа

$

« 0,47.

При 0 < 60 МЦа значение

$ существенно меньше в приближается к

упругому пределу. В ходе

экспериментов била

зафиксирована зависи­

мость уплотнения последуемого образхр до 1,5^ приблизительно по линейному закону от времени.

 

 

 

 

Рис. 2. Зависимость коэф­

 

 

 

 

фициента динамической вяз­

различных уровнях осевого

кости от времени при раз­

личных уровнях осевого

давления: f - е

= 30 МПа; 2 -

давления (обозначения см.

&

■ 40 МПа; 3

-

б' =60 МПа;

на рис. I)

4

- <3" =. 80 МПа

“

- - £, ,

 

 

 

^2 )

 

 

Проведенные исследования позволяют сделать следующие вы­

воды:

 

 

 

 

1. Поведение калийной соли

в тонких слоях, находящихся в

объемном напряженном состоянии,

при уровнях осевой нагрузки бо­

лее 60 МПа достаточно хорошо соответствует модели вязкой жидкос­ ти с коэффициентом динамической вязкости JJL = (0,055+0,17) •

• ГО8 кг«с/см2.

2. При давлении 30-60 МПа можно говорить о кввзижидкостной модели для калийной соли. При этом значение JL зависит от уровня нагрузки, а коэффициент Пуассона существенно меньше 0,5.

3. Указанные выводы справедливы только для объемного напря­ женного состояния, при котором уровень касательных напряжений Х г% одного порядка с радиальными нормальными напряжениями. При

испытаниях на сжатие образцов, находящихся в одноосном напряжен­ ном состоянии или при боковых л простатических давлениях 6 г порядка 30 МПа, наблюдается разрыхление материала образца, а зна­ чение коэффициента поперечной деформации составляет более 0,5.

4. Изложенная методика может быть использована для натур­ ных измерений коэффициента динамической вя8кооти на достаточно тонких слоях калийной ооли на целиках с отношением диаметра к высоте более 5.

РАатпа а. охрана ТРУДА И РУДНИЧНАЯ ВЕЯПИЯШИ

УДК 622.815:622.363.7

Л.А . Захарове, Н.И. Захаров

ОВОЗМОЖНОСТИ ПРОГНОЗА СУЗЛЯРШХ ГАЗОБЫДШНЙР) (Пермский политехнический институт)

Особенностью калийных месторождений является наличие газонасыщенных зон, при отработке которых могут иметь место суфдярные газовыделения и внезапные выбросы соли и rasa. Суфляры час­ то проявляются при бурении шпуров иди скважин. Поэтому для обес­ печения безопаонооти труда необходимо научиться предсказывать эти

явления. Однако в настоящее время еще не разработаны методы прогно­ за суфлярных газовндедений. Поэтому нами были начаты исследования по поиску признака, который мог бы послужить основой метода прог­ ноза суфляров. Выполнены теоретические и шахтные исследования в этом направлении. Прежде всего тщательно изучена геологическая

обстановка, в которой происходили оуфдярные газовыделения на Индерском борно-калийном месторождении. Отмечено, что наиболее час­ то такие газовыделения происходили из каменной соли, имеющей зна­ чительное количество цроодоек глинисто-ангидритовой породы.

Обследование вскрытых горными работами полостей суфляров показало, что стенки их покрыты сдоем глинистого вещества, а в зоне чаотых суфлярных гавовыделений всегда отмечается значитель­ ное количество глинистого вещества.

Как известно, глинистый материал содержит в своем составе

радиоактивные

элементы,

являющиеся

источниками

ионизирую­

щих излучений.

Поэтому

было сделано

предположение,

что

в газах, содержащихся в газонаснщенннх вонах, могут

образовывать­

ся активные аэрозоли. Подвижность активных аэрозолей значительно выше, чем остальных модевдд газа, следовательно, активные компо­ ненты газа должны проникать по мельчайшим трещинам через породную стенку и могут регистрироваться соответствующей аппаратурой. Та­ ким образом, повышение концентрации активных аэрозолей в забое будет свидетельствовать о повышенной вероятности суфддрного газо­ выделения или внезапного выброса.

Работа выполнена под руководством и при учаотии Подлинной Г.Д .

89

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]
Помощь Обратная связь Вопросы и предложения Пользовательское соглашение Политика конфиденциальности