- •Определение механических свойств горных пород методом вдавливания жесткого цилиндрического штампа
- •Введение
- •Методика проведения испытания
- •Геометрия используемых штампов
- •Проведение испытаний и обработка графиков деформации
- •Пример определения механических характеристик диорита
- •Содержание отчета
- •Литература
- •Определение механических свойств горных пород методом вдавливания жесткого цилиндрического штампа
Пример определения механических характеристик диорита
При вдавливании конического штампа с площадью торцовой поверхности 2,07·10-6 м2 в образец скальной горной породы диорит получена зависимость F - δ, характерная для пластично-хрупких горных пород (рис.2). Используемый предел нагружения - 10000 Н.
Необходимые для подсчета механических характеристик значения силы и деформации определяем из полученного графика, они равны следующим величинам:
δу°= ОД = (26·10-3/400) м = 0,065·10-3 м,
δун = ДN = (17·10-3/400) м = 0,0425·10-3 м,
δНу = ДС = (40·10-3/400) м = 0.1·10-3 м,
FA = 55·100 н,
FB = 92·100 Н.
По приведённым в методическом указании формулам определяем механические характеристики диорита:
а) по формуле (1) определяем величину условного предела текучести
Ро = 5500 Н / 2,07·10 -б м2 = 2657 МПа;
б) по формуле (2) определяем твердость
Рш = 9200 Н / 2,07·10-б м2 = 4444 MПа;
в) по формуле (4) определяем жесткость
Сш = 5500 Н / 0,065·10-3 м = 8,4615·107 Н/м;
г) по формуле (6) определяем суммарную упругую деформацию δУ =ОД + ДN = (0,065·10-3 + 0,0425·10-3) м = 0,108·10-3 м
и определяем полную работу упругого деформирования Ауш:
Ауш = Fв·δу / 2 = 9200·0,108·10-3 / 2 ≈ 0,497 Н·м;
д) заменяя кривую АВ двумя ломаными прямыми AL. и LB и используя формулу для площади трапеции, находим энергию неупругой деформации
Ану= 0,5· (АД + LK)·ДК + 0,5·(LK + ВС )·КС ≈ 0,735 Н·м;
е) по формуле (7) определяем коэффициент пластичности Кпл
Кпл = (0,179 + 0,735)/ 0,497 ≈ 1.84;
ж) по формуле (9) определяем величину удельной контактной энергии разрушения
А3 = (0,179 + 0,735) Н·м / 2,07·10-6 м2 ≈ 4,42·105 (Н·м)/м2;
з) определяем работу упругого деформирования АУЕ:
АУЕ =FA·δy°/ 2 = 5500·0,065·10-3/2 ≈ 0,179 Н·м;
и) по формуле (8) определяем коэффициент пластичности Кпл*
Кпл*= 1 + 0, 735 / 0,179 = 5.106.
Величина Кпл* в 2,775 раз превосходит значение Кпл;
Полученные значения величин заносятся в первую строку таблицы 1. Аналогичным образом определяются механические характеристики и при последующих вдавливаниях штампа в образец породы. После этого определяются характеристики рассеивания экспериментально определенных величин, т.е. средние арифметические значения величин, эмпирический стандарт и коэффициент вариации. По усредненной величине твердости определяем категорию горной породы с помощью табл.2. По этой же схеме заполняется и табл.3.
Содержание отчета
1. Цель работы.
2. Краткие сведения о методике подготовки образцов к исследованию, о соответствии используемого штампа испытуемой горной породе.
3. Сведения о типовых диаграммах деформации горных пород.
4. Диаграмма деформации испытанного образца; вычисление механических характеристик с выводами о категории горной породы по шкале твердости и занесением результатов в табл. 1 и табл. 3.
5. Вычисление коэффициентов вариации механических характеристик.
6. Сравнение величин коэффициента пластичности Кпл* и Кпл.
7. Определение времени задержанного разрушения при фиксированной величине контактного давления; вычисление коэффициента вариации времени задержанного разрушения.