образец из хрупкого материала для испытания на сжатие

Формула изобретения

Образец из хрупкого материала для испытания на сжатие, выполненный с прорезями, отличающийся тем, что при исполнении образца в виде призмы на двух ее взаимно противоположных наиболее широких боковых гранях выполнены основные прорези, расположенные по соответствующим осям симметрии в продольном направлении, а наклонно к основным прорезям под углом 30 - 60^o расположены дополнительные прорези, которые проходят через наиболее короткие ребра одного из оснований и соединяются между собой в одной точке на основной прорези, при этом глубина основных и дополнительных прорезей составляет 0,1-0,3 длины наименьшего ребра призмы.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к испытаниям на сжатие хрупких материалов, таких как естественные и искусственные строительные камни (цементный камень, раствор, бетон, керамический и силикатный кирпич), и может найти применение при разрушающих испытаниях образцов в условиях равновесного, т.е. полностью контролируемого нагружения с записью полных (с нисходящей ветвью) диаграмм для определения параметров трещиностойкости, в частности удельной энергии разрушения G_c.

Известен образец из хрупкого материала для испытания на сжатие [ГОСТ 24452-80. Бетоны. Методы определения призменной прочности, модуля упругости и коэффициента Пуассона].

Недостатком известного образца, представляющего собой призму, является невысокая точность определения удельной энергии разрушения вследствие значительного измельчения материала образца и практической невозможности определения вновь образованной площади фрагментов образца.

Наиболее близким к заявляемому объекту по наибольшему количеству общих признаков и достигаемому техническому результату является образец из хрупкого материала для испытания на сжатие, имеющий прорези. Образец выполнен в виде куба [а.с. СССР 1270628, кл. G 01 N 3/08, 1986 г. - прототип].

Недостатком прототипа является то, что предлагаемая форма и расположение прорезей не обеспечит в образцах, выполненных в виде призмы, разрушение с минимально возможной площадью вновь образованных поверхностей, что соответственно приведет к большому разбросу значений удельной энергии разрушения, полученных на различных образцах из одной серии.

Технической задачей заявляемого изобретения является повышение точности определения удельной энергии разрушения образцов, выполненных в виде призмы из хрупких материалов при испытании на сжатие за счет обеспечения минимально возможной площади поверхностей, образуемых при разрушении образцов.

Сущность предлагаемого технического решения заключается в том, что в образце из хрупкого материала для испытания на сжатие, выполненном с прорезями, при исполнении образцов в виде призмы, на двух взаимно противоположных боковых гранях выполнены основные прорези, расположенные на оси симметрии в продольном направлении, а наклонно к основным прорезям под углом от 30 до 60^o расположены дополнительные прорези, которые проходят через наиболее короткие ребра одного из оснований и соединяются между собой в одной точке на основной прорези, при этом глубина основных и дополнительных прорезей составляет 0,1-0,3 длины наименьшего ребра призмы.

Выполнение прорезей на наиболее широких боковых гранях призмы обеспечивает однозначное развитие одной магистральной трещины на всю толщину образца между наиболее широкими боковыми гранями, обеспечивая тем самым минимально возможную площадь вновь образованных при разрушении образца поверхностей. При этом глубина прорезей, равная 0,1-0,3 длины наименьшего ребра призмы, вполне достаточна для указанного однозначного задания направления развития трещин в таких грубо неоднородных хрупких материалах, как бетон, поскольку прорези образуют обращенные друг к другу концентраторы напряжений, суммарная глубина которых гарантированно превышает максимальный размер неоднородностей.

Выполненный таким образом образец из хрупкого материала для испытания на сжатие позволяет заранее задавать направление развития магистральной трещины в образце призматической формы при минимально возможном ее ветвлении с минимальным разрушением материала образца и таким образом повысить сходимость полученных на различных образцах одной серии значений удельной энергии разрушения, что является техническим эффектом заявляемого изобретения и позволяет повысить точность определения удельной энергии разрушения.

Предлагаемое изобретение представлено графическими материалами:

на фиг.1 - общий вид образца, аксонометрическая проекция;

на фиг.2 - то же, после испытания, поперечный разрез;

на фиг.3 - фотоиллюстрация разрушения образца, имеющего основные прорези на всю высоту призмы.

Образец 1 (фиг.1) выполнен в виде призмы из хрупкого материала с длиной В его наименьшего ребра, по меньшей мере в 4-5 раз превышающей максимальный размер неоднородностей 2 (фиг. 2) материала образца, а отношение высоты призмы к длине наименьшего из ребер составляет от 2:1 до 6:1. На двух взаимно противоположных наиболее широких боковых гранях 3 призмы 1, по меньшей мере, у одного из оснований 4 выполнены основные прорези 5 на глубину, равную 0,1-0,3 длины наименьшего ребра призмы. При этом прорези 5 выполнены по оси симметрии в продольном направлении, а наклонно к прорезям 5 под углом от 30 до 60^o расположены дополнительные прорези 6, которые проходят через наиболее короткие ребра основания 4 призмы 1 и соединяются между собой в одной точке на прорези 5.

Выполнение прорезей необходимо для образования концентраторов напряжений и задания направления развития магистральных трещин при испытании образца на сжатие, при этом прорези необходимо выполнять без нарушения структуры образца. Также образец имеет опорные поверхности 7, которыми являются две взаимно противоположные наименьшие грани призмы 1, не имеющие прорезей.

Конкретная оптимальная величина угла наклона дополнительных прорезей 6 к основным прорезям 5 зависит от прочности материала образца, размера крупного заполнителя (при испытаниях бетонных образцов), коэффициента трения между опорными поверхностями 7 и плитами пресса, а также других факторов, и может быть определена визуально при пробном испытании образца, имеющего только основные прорези 5 на всю длину призмы (фиг.3).

Подготовленный к испытанию на сжатие образец 1 размещают опорными поверхностями 7 между плитами испытательной установки, позволяющей производить полностью контролируемое нагружение образца, после чего производят разрушение образца с записью полной, т.е. с нисходящей ветвью, диаграммы разрушения. В процессе нагружения в материале образца по всей его толщине между основными прорезями 5 развивается одна магистральная продольная трещина, которая является продолжением прорезей 5. Возможность развития одной магистральной трещины в материале образца 1 обусловлена значительной высотой призмы в сравнении с длиной ребер ее оснований, а наличие дополнительных прорезей 6 обеспечивает дополнительные концентраторы напряжений в направлении наиболее вероятного развития магистральных трещин (фиг.3) у одного из оснований призмы, в результате чего образец разделяется на три части. Общую площадь вновь образованных при разрушении поверхностей определяют, суммируя площади поверхностей отдельных фрагментов образца, представляющих собой элементарные геометрические фигуры. Рабату, затраченную на разрушение образца, определяют интегрированием площади полученной полной диаграммы разрушения образца. Разделив полученное значение работы на общую площадь сечения образца между прорезями 5 и 6, получают удельную энергию разрушения, приведенную к этой площади G_с.

Таким образом, в отличие от прототипа предложенный для испытания на сжатие образец из хрупкого материала, выполненный в виде призмы с основными продольными прорезями на боковых гранях, в процессе нагружения обеспечивает развитие одной продольной магистральной трещины на всю толщину образца в строго заданном прорезями направлении, что значительно уменьшает дробление материала образца при разрушении, т.е. повышает точность определения площади вновь образованных поверхностей, и следовательно, уменьшает случайный разброс данных при определении удельной энергии разрушения образцов из одной серии.