6.4.1.4. Метод определения предела прочности на растяжение при испытании на изгиб

Данный метод входит в программу испытаний согласно ГОСТ 30629-99 «Материалы и изделия из горных пород. Методы испытаний». Сущность данного метода заключается в передаче разрушающего поперечного усилия образцам горных пород, выполненных в виде прямоугольных призматических балок размером не менее 5050250 мм³.

В зависимости от предполагаемой прочности породы нагружение производится одним или двумя сосредоточенными поперечными усилиями в средней части пролета балки (рис. 6.16). Поясним вышесказанное.

Согласно элементарной теории балок изображенные на рис. 6.16 балки слева шарнирно закреплены (балка может только поворачиваться в плоскости чертежа), справа свободно оперта (балка может и поворачиваться и перемещаться в горизонтальном направлении). Другими словами, опора слева – шарнирно – неподвижна, справа – шарнирно – подвижна.

Для схемы с нагружением одним сосредоточенным поперечным усилием - в середине пролета балки распределения поперечных сил - и изгибающих моментов - показаны на рис. 6.16a, а для схемы с двумя усилиями - на рис. 6.16b. Основное отличие схем нагружения заключается в том, что во втором случае имеется участок пролета балки с постоянным изгибающим моментом. На этом участке реализуется состояние чистого изгиба.

Действительно, если рассмотреть элемент продольного сечения балки - abcd (рис.6.17), то в направлении вдоль средней линии - действуют нормальные напряжения - : выше линии - сжимающие, ниже – растягивающие. Причем эти напряжения изменяются одинаковым образом в направлениях вдоль линий - ab и cd согласно формуле - , где - момент инерции поперечного сечения относительно оси, перпендикулярной плоскости чертежа (нейтральной оси), - расстояние от линии . Поэтому элемент - abcd находится в равновесии под действием только нормальных напряжений. Следовательно, на участке пролета с постоянным изгибающим моментом касательные напряжения отсутствуют.

Таким образом, при использовании схемы с двумя усилиями (рис. 17b) в испытуемом образце реализуется более однородное напряженное состояние, нежели при использовании схемы с одним усилием. Поэтому схема (рис. 17b) предпочтительна для испытаний пород средней прочности, а схема (рис. 17а) в силу простоты реализации – для испытаний прочных пород.

Наибольшее растягивающее напряжение будет на нижней поверхности балки. Поэтому предел прочности на растяжение при изгибе для соответствующих схем вычисляется по формулам

для схемы (рис. 17а), для схемы (рис. 17b), (6.24)

где - момент сопротивления изгибу; - высота; - ширина балки (для прямоугольного поперечного сечения балки - ).

В нешний вид установки для проведения испытаний на растяжение при изгибе представлен на рис. 6.18. Основными частями установки являются подвижное нагрузочное устройство, выполненное в виде коромысла и смонтированное на массивном основании. Горизонтальное положение нагрузочного устройства обеспечивается путем перемещения груза и с помощью балансировочного винта. При этом фиксируется нулевое значение изгибающего момента на счетчике.

Согласно упрощенной кинематической схеме установки (рис. 6.19) достаточное разрушающее усилие создается рычажной системой при перемещении груза посредством вращения винта. Поскольку вплоть до разрушения балки перемещение груза происходит в горизонтальном направлении, то изгибающий момент будет пропорционален перемещению. Заметим, что .