Спосіб вимірювання контактних сил між елементами зразка структурованого середовища

1. Спосіб вимірювання контактних сил між елементами зразка структурованого середовища, який полягає в то му, що на поверхні вказаного зразка створюють імпульсне навантаження, під час якого вимірюють параметри контактної взаємодії між його елемента ми за допомогою механікоелектричного перетворювача, який відрізняється тим, що якнайменше три механіко-електричні перетворювачі для вимірювання трьох компонентів вектора сили вмонто вують в порожнини, утворені C2 (54) СПОСІБ ВИМІРЮВАННЯ КОНТАКТНИХ СИЛ МІЖ ЕЛЕМЕНТАМИ ЗРАЗ КА СТРУКТУРОВАНОГО СЕРЕДОВИЩА В.Ш. Вадами таких способів є низка точність вимірювання в зв'язку з відхи ленням фізико-механічних властивостей місця розташування датчика від властивостей всього середовища та неможливістю вимірювання параметрів збурення під час імпульсного наванта ження в зразках гранульованих та блокових се редовищ. Найбільш близьким до винаходу, що заявляється, є спо сіб [3] вимірювання контактних сил між елементами зразка структурованого середовища, який полягає в то му, що на поверхні зразка (19) Винахід стосується механіки поширення просторових збурень в будь-яких середовища х через одержання відклику елементів, що утворюють це середовище, на швидкоплинне навантаження. Відомі способи виміру параметрів нелінійних процесів, які виникають внаслідок швидкоплинних навантажень за допомогою претворювачів (датчиків), розташованих в однорідному, одновимірному середовищі [1,2]. В ни х вивчається поширення збурення по середовищу в залежності від амплітуди і тривалості початкового імпульсу зб урення. UA ____________________ 37308 середовища заданої геометричної системи за допомогою поршневого пристрою створюють імпульсне навантаження, під час якого вимірюють параметри контактної взаємодії між елементами зразка за допомогою механіко-електричного перетворювача, і описують поширення ударної хви лі до жорсткої стінки. Якісні і кількісні співвідношення між поведінкою трьохмірного і одномірного гранульованого (зернистого) середовища потім спеціально моделюють з урахуванням особливостей геометрії елементів і їх упаковки. Недоліками такого способу є те, що внаслідок того, що чутливий елемент, розміщений на жорсткій поверхні зразка, розташовують в кінці одновимірного ланцюга гранульованого середовища, при цьому ви мірюється тільки нормальна складова сили. Крім того, реальна картина реакції досліджуючого середовища спотворюється у випадку, коли гранули мають будь-яку фор му, що відрізняється від кульової, а та кож через відмінні властивості матеріалу поверхні гранул середовища і матеріалу контактної поверхні з розміщеним датчиком. Задачею, яка поставлена в основу ви находу, є підвищення точності вимірювання параметрів контактних сил в будь-якому місці гранульованих і блокових се редовищ під час імпульсного навантаження внаслідок усунення вказаних ефектів. Поставлена задача вирішується в способі вимірювання контактних сил між елементами зразка структурованого середовища, який полягає в тому, що на поверхні вказаного зразка створюють імпульсне навантаження, під час якого вимірюють параметри контактної взаємодії між його елементами за допомогою механіко-електричного перетворювача, який відрізняється тим, що якнайменше три механіко-електричні перетво рювачі для вимірювання трьох компонентів вектора сили вмонтовують в порожнини, утворені всередені окремих елементів зразка, імпульсне навантаження здійснюють, з урахуванням геометричних особливостей елементів системи структурованого середовища, на поверхні об'ємного зразка, і розташовують їх в середовищі зразка, після чого одержані сигнали через узгоджувальний і реєструвальний пристрої надсилають до пристрою обробки інформації для оцінки змін параметрів процесу поширення збурення. Кожний з вказаних перетворювачів розміщують всередині окремого елементу середовища і розташовують між іншими його елементами, при цьому розмір вмонтованого перетворювача вибирають на порядок меньшим за розмір елементу середовища. Імпульсне наванта ження є щонайменше одноосьовим. Параметри імпульсного навантаження задають відповідно розміру, щільності і формі елементів середовища зразка, яке в свою чергу може бути гранульованим або блоковим. Імпульсне навантаження здійснюють механічним ударом, вибухом, електричним розрядом. За зразок беруть модельне або природне упорядковане середовище. Усунення впливу особливостей встановлення перетворювачів (датчиків) досягається тим, що ха рактеристика реакції середовища на збурення може бути сприйнята точно, без спотворення амплітудно-часових ха рактеристик, і відтворена на реєструвальному пристрої. Через те, що відповідно механіці структурованих середовищ, просторовий параметр збудження повинен бути порівняний з розміром елементу се редовища. При одновимірному зразку спостерігається добре якісне і кількісне узгодження параметрів між експериментом і розрахун ком. Внаслідок того, що механіко-електричний перетворювач розміщений безпосередньо в матеріалі елементу, гранулі або блоці, а також завдяки місцю його розташування зменшується початкова похибка властивостей зразка, і розташуван ня датчика не впливає на результати ви мірів. Запропонований винахід пояснюється фігурою, на якій зображений поперечний розтин зразку модельного гранульованого середовища, виконаного, наприклад, у вигляді паралелепіпеда, до поверхні якого прикладена навантажуюча імпульсна сила F(t) 1. Для реалізації запропонованого способу по спеціальній технології виготовляється датчик-гранула 2. Для цього структур ний елемент середовища 3, тобто гранулу або блок будь-якої геометричної форми розтинають навпіл, утворюють порожнину під чутливий елемент 4 в центральній частині розтину, а також канали для токовиводів. Чутливий елемент датчика, виконаний, наприклад, з п'єзокераміки (кварц, ЦТС та ін ші, ви бирають в залежності від фізико-механічних властивостей гранул, блоків). Площина порожнини не перевищує 5% загальної площини розтину. Після електричного монтажу обидві половини елементу з'єднують між собою за допомогою клеючої речовини. Потім виготовлені датчики-гранули розташовують між гранула ми зразка без порушення структури середовища. Для вимірювання трьох компонентів вектора сили використовують принаймні три датчики. Датчики підключають до узгоджувальних та реєструвальних пристроїв. Щонайменше одна поверхня зразка імпульснo навантажується збуренням F(t). Середовище моделювалось за допомогою п'ятидесяти сталевих кульок діаметром 41,3 мм, а збурення здійснювалось ударом. П'єзокерамічні датчики через пружне кільце вмонтовува лися в кульки. Для одночасного зчитування показань в декількох точках зразка кількість датчиків може бути збільшена. Одержані з датчиків сигнали фіксувались на цифрових або аналітичних вимірювальних приладах, з яких потім інформація передавалась до персональних комп'ютерів (ПК) для подальшої обробки параметрів нелінійних хвиль у досліджуємому середовищі згідно з спеціальними програмами. Запропонований спосіб був відпрацьований на експериментальній установці у відділенні геодинаміки вибуху Інсти туту геофізики Національної Академії Наук України. 2 37308 Тираж 50 екз. Відкрите акціонерне товариство «Патент» Україна, 88000, м. Ужгород, вул. Гагаріна, 101 (03122) 3 – 72 – 89 (03122) 2 – 57 – 03 3