RU132891U1

RU132891U1 - LOAD UNIT FOR INSTALLATION TESTING MATERIALS

Info

Publication number: RU132891U1
Application number: RU2013107826/28U
Authority: RU
Inventors: Александр Тевьевич Беккер; Лев Владимирович Ким; Виктор Васильевич Овсянников; Роман Геннадьевич Коваленко
Priority date: 2013-02-22
Filing date: 2013-02-22
Publication date: 2013-09-27

Abstract

Узел нагружения установки для испытания материалов, содержащий элемент передачи нагрузки, измерительные средства в виде датчика усилия и датчика перемещений, горизонтальное основание, выполненное с возможностью перемещения в вертикальной плоскости, на которое укладывают балку-образец, отличающийся тем, что элемент передачи нагрузки выполнен в виде П-образной рамки, торцы концов которой при максимальном уровне перемещения элемента передачи нагрузки размещены с зазором относительно обращенной к нему плоскости горизонтального основания, которое оперто на пружины сжатия, при этом в качестве деформируемых элементов датчиков перемещений используют пружины сжатия.The loading unit of the material testing installation, comprising a load transmission element, measuring means in the form of a force sensor and a displacement sensor, a horizontal base configured to move in a vertical plane onto which a sample beam is laid, characterized in that the load transmission element is made in the form U-shaped frame, the ends of which at the maximum level of movement of the load transfer element are placed with a gap relative to the horizontal plane facing it a support which is supported by compression springs, wherein compression springs are used as deformable elements of displacement sensors.

Description

Полезная модель относится к оборудованию для испытаний материалов и может быть использована в автодорожном хозяйстве, строительстве аэродромов, строительной индустрии для испытания асфальтобетона на усталость при циклических динамических воздействиях.The utility model relates to equipment for testing materials and can be used in the road sector, the construction of airfields, and the construction industry for testing asphalt concrete for fatigue under cyclic dynamic effects.

За последние годы на дорогах России наблюдается значительный рост интенсивности движения, скоростных режимов транспортных средств и грузоподъемности автомобилей. В современных условиях эксплуатации происходит увеличение количества приложений транспортных нагрузок в единицу времени, что обусловливает ускоренное развитие усталостных процессов в асфальтобетонном покрытии. Усталостная прочность асфальтобетона - способность материала сопротивляться действию циклических (повторно-переменных) нагрузок, является важнейшей характеристикой, определяющей долговечность асфальтобетонного покрытия и дорожной одежды в целом.In recent years, on the roads of Russia, there has been a significant increase in traffic intensity, high-speed modes of vehicles and the carrying capacity of cars. In modern operating conditions, there is an increase in the number of applications of transport loads per unit time, which leads to the accelerated development of fatigue processes in asphalt concrete pavement. Fatigue strength of asphalt concrete - the ability of a material to resist the action of cyclic (re-alternating) loads, is the most important characteristic that determines the durability of asphalt concrete pavement and pavement in general.

Испытания асфальтобетонов под действием циклических нагрузок (усталостной прочности) позволяют моделировать реальные условия нагружения асфальтобетона в покрытии. В результате можно определить как характеристики жесткости (деформативности), так и усталостную прочность или выносливость асфальтобетона до разрушения. Причем диапазоны амплитуд нагружения в этих методах испытаний должны быть разными.Tests of asphalt concrete under cyclic loads (fatigue strength) allow us to simulate the actual loading conditions of asphalt concrete in the coating. As a result, one can determine both the stiffness (deformability) characteristics and the fatigue strength or endurance of asphalt concrete to failure. Moreover, the ranges of loading amplitudes in these test methods should be different.

Известно устройство по способу оценки усталости асфальтобетона при циклических динамических воздействиях, содержащее элемент передачи нагрузки, измерительные средства в виде датчика усилия и датчика перемещений и горизонтальное основание, на которое устанавливают балку-образец (см. RU №2299417, МПК G01N 3/32, дата публикации 20.05.2007).A device is known according to the method for assessing fatigue of asphalt concrete under cyclic dynamic influences, comprising a load transfer element, measuring means in the form of a force sensor and a displacement sensor, and a horizontal base onto which a sample beam is mounted (see RU No. 2299417, IPC G01N 3/32, date publication 05/20/2007).

Недостатком данного технического решения является узкая область применения и недостаточная достоверность измерений при циклических динамических воздействиях за счет жесткого защемления балки-образца, создающего дополнительные внутренние усилия на концах и наличия влияния действия двухполюсного электромагнита на величину прикладываемого усилия и характеристик колебаний. Кроме того жесткое защемление балки-образца подразумевает более сложную конструкцию узла позиционирования.The disadvantage of this technical solution is the narrow scope and insufficient reliability of measurements during cyclic dynamic impacts due to rigid pinching of the sample beam, which creates additional internal forces at the ends and the influence of the bipolar electromagnet on the magnitude of the applied force and vibration characteristics. In addition, rigid jamming of the sample beam implies a more complex design of the positioning unit.

В качестве ближайшего аналога принято устройство для определения деформаций динамической ползучести дорожно-строительных материалов, содержащее элемент передачи нагрузки, выполненный в виде толкателя, измерительные средства в виде датчика усилия и датчика перемещений, основание, выполненное с возможностью перемещения в вертикальной плоскости, на которое укладывают балку-образец (см. патент РФ №111293, МПК G01N 3/36, дата публикации 10.12.2011).As the closest analogue, a device for determining the dynamic creep deformations of road-building materials is adopted, comprising a load transmission element made in the form of a pusher, measuring means in the form of a force sensor and a displacement sensor, a base made with the possibility of movement in a vertical plane on which the beam is laid -sample (see RF patent No. 111293, IPC G01N 3/36, publication date 10.12.2011).

Недостатками ближайшего аналога являются повышенная материалоемкость конструкции и недостаточная достоверность измерений при циклических динамических воздействиях, поскольку в расчетной схеме не учитывают совместную работу слоев образцов материалов.The disadvantages of the closest analogue are the increased material consumption of the structure and the lack of reliability of measurements under cyclic dynamic influences, since the joint design of the layers of material samples is not taken into account in the calculation scheme.

Задачей, на решение которой направлена предлагаемая полезная модель, является разработка конструкции узла нагружения, позволяющего с высокой степенью достоверности моделировать различные условия работы образца материала в процессе испытаний.The task to which the proposed utility model is directed is the development of the design of the loading unit, which allows with a high degree of reliability to simulate various working conditions of a sample of material during testing.

Технический результат, достигаемый при решении поставленной задачи, выражается в повышении точности и достоверности испытаний материалов за счет обеспечения более точного моделирования реальных условий работы благодаря учету податливости дополнительных слоев, а также снижении трудоемкости и материалоемкости.The technical result achieved in solving the problem is expressed in increasing the accuracy and reliability of material testing by providing more accurate modeling of real working conditions by taking into account the suppleness of the additional layers, as well as reducing the complexity and material consumption.

Поставленная задача решается тем, что в узле нагружения установки для испытания материалов, содержащем элемент передачи нагрузки, измерительные средства в виде датчика усилия и датчика перемещений, горизонтальное основание, выполненное с возможностью перемещения в вертикальной плоскости, на которое укладывают балку-образец, элемент передачи нагрузки выполнен в виде П-образной рамки, торцы концов которой при максимальном уровне перемещения элемента передачи нагрузки размещены с зазором относительно обращенной к нему плоскости горизонтального основания, которое оперто на пружины сжатия, при этом в качестве деформируемых элементов датчиков перемещений используют пружины сжатия.The problem is solved in that in the load node of the installation for testing materials containing a load transfer element, measuring means in the form of a force sensor and a displacement sensor, a horizontal base made with the possibility of movement in a vertical plane on which the beam-sample, load transfer element is laid made in the form of a U-shaped frame, the ends of which at the maximum level of movement of the load transfer element are placed with a gap relative to the horizontal plane facing it ntal base, which is supported on compression springs, while compression springs are used as deformable elements of displacement sensors.

Сопоставительный анализ существенных признаков предлагаемого технического решения с существенными признаками ближайшего аналога свидетельствует о его соответствии критерию «новизна».A comparative analysis of the essential features of the proposed technical solution with the essential features of the closest analogue indicates its compliance with the criterion of "novelty."

На фиг. 1 изображен узел нагружения установки для испытания материалов.In FIG. 1 shows a loading assembly of a material testing apparatus.

На чертежах изображен элемент передачи нагрузки 1, измерительные средства в виде датчика усилия 2 и датчиков перемещений 3 горизонтальное основание 4, балку-образец 5, торцы концов 6 элемента передачи нагрузки 1, пружины сжатия 7 датчиков перемещений 3.The drawings show a load transmission element 1, measuring means in the form of a force sensor 2 and displacement sensors 3, a horizontal base 4, a sample beam 5, the ends of the ends 6 of the load transmission element 1, compression springs 7 displacement sensors 3.

Элемент передачи нагрузки 1 выполнен в виде П-образной рамки, торцы концов 6 которой при максимальном уровне перемещения элемента передачи нагрузки 1 размещены с зазором относительно обращенной к нему плоскости горизонтального основания 4, которое оперто на пружины сжатия 7 датчиков перемещений 3.The load transfer element 1 is made in the form of a U-shaped frame, the ends of the ends 6 of which at the maximum level of movement of the load transfer element 1 are placed with a gap relative to the plane of the horizontal base 4 facing it, which is supported by compression springs 7 of the displacement sensors 3.

Датчик усилия 2 выполнен в виде балки равного сопротивления.The force sensor 2 is made in the form of a beam of equal resistance.

В датчиках перемещений 3 в качестве деформируемых элементов используют пружины сжатия 7.In displacement sensors 3, compression springs 7 are used as deformable elements.

Горизонтальное основание 4 выполнено с возможностью перемещения в вертикальной плоскости.The horizontal base 4 is arranged to move in a vertical plane.

Заявляемая конструкция работает следующим образом.The inventive design works as follows.

Предварительно из асфальтобетона различных видов изготавливают ряд балок-образцов 5 размером 10×10×50 см (могут быть и другие размеры). Затем балку-образец 5 укладывают горизонтальное основание 4 с возможностью их плотного контактирования.Preliminarily, a number of beams-samples 5 of 10 × 10 × 50 cm in size are made from various types of asphalt concrete (there may be other sizes). Then the beam-sample 5 lay a horizontal base 4 with the possibility of tight contact.

Далее происходит нагружение изгибающей нагрузкой, которую с помощью элемента передачи нагрузки 1 прикладывают к середине балки-образца 5 до отказа при последовательном нагружении в определенных режимах, при этом контролируют температуру и сообщаемое образцу усилие с помощью датчика усилия 2. Длительность и амплитуда нагружения определяются частотным спектром воздействия транспортных средств на асфальтобетонное покрытие. Также в процессе испытания при каждом режиме нагружения регистрируют изгибные деформации балки-образца 5 и горизонтального основания 4 с помощью датчиков перемещений 3, подсчитывают количество циклов до отказа (разрушения) балки-образца 5, вертикальное перемещение (прогиб) балки-образца 5 и горизонтального основания 4 с помощью пружин сжатия 7 датчиков перемещений 3, образование трещин и их развитие.Next, loading by a bending load occurs, which is applied to the middle of the beam-sample 5 with the help of the load transfer element 1 to failure under sequential loading in certain modes, the temperature and the force imparted to the sample are controlled using the force sensor 2. The duration and amplitude of the load are determined by the frequency spectrum impact of vehicles on asphalt pavement. Also, during the test, at each loading mode, bending deformations of the sample beam 5 and horizontal base 4 are recorded using displacement sensors 3, the number of cycles to failure (failure) of the sample beam 5, and the vertical displacement (deflection) of the sample beam 5 and horizontal base are calculated 4 using compression springs 7 displacement sensors 3, the formation of cracks and their development.

Конструкция горизонтального основания 4, которое оперто на пружины сжатия 7 датчиков перемещений 3, обеспечивает возможность моделирования реальных условий работы асфальтобетонного покрытия в процессе испытаний (расчетная модель «подстилающий слой - асфальтобетон»), а использование наборов пружин сжатия 7 различной жесткости, соответствующей разной податливости основания дорожного полотна, позволяет имитировать основание дорожного полотна от очень жесткого (бетонное основание) до слабого.The design of the horizontal base 4, which is supported by compression springs 7 of displacement sensors 3, makes it possible to simulate the actual operating conditions of the asphalt concrete pavement during the testing process (calculation model “underlying layer - asphalt concrete”), and the use of sets of compression springs 7 of different stiffness, corresponding to different flexibility of the base the roadway allows you to simulate the base of the roadway from very hard (concrete base) to weak.

Далее производят анализ на основе следующих показателей:Next, an analysis is made based on the following indicators:

частотных и температурных зависимостей модуля упругости, изгибных, предпочтительно растягивающих деформаций балки-образца 5 и деформаций горизонтального основания 4, коэффициента постели горизонтального основания 4, площади петли гистерезиса в координатах напряжение - деформации, энергии диссипации в каждый конкретный цикл и на протяжении всего испытания, количеству циклов до отказа балки-образца 5.frequency and temperature dependences of the elastic modulus, bending, preferably tensile deformations of the specimen beam 5 and deformations of the horizontal base 4, the bed coefficient of the horizontal base 4, the area of the hysteresis loop in the coordinates of stress - strain, dissipation energy in each particular cycle and throughout the test, the number cycles to failure of the sample beam 5.

По результатам испытаний назначают расчетные характеристики материалов, используемых при проектировании дорожного покрытия. В итоге можно определить как характеристики жесткости (деформативности), так и усталостную прочность или выносливость асфальтобетона до разрушения.Based on the test results, the design characteristics of the materials used in the design of the pavement are prescribed. As a result, it is possible to determine both the stiffness (deformability) characteristics and the fatigue strength or endurance of asphalt concrete to failure.

Claims

The loading unit of the material testing installation, comprising a load transmission element, measuring means in the form of a force sensor and a displacement sensor, a horizontal base configured to move in a vertical plane on which a sample beam is laid, characterized in that the load transmission element is made in the form U-shaped frame, the ends of which at the maximum level of movement of the load transfer element are placed with a gap relative to the horizontal plane facing it a support which is supported by compression springs, wherein compression springs are used as deformable elements of displacement sensors.