Программирование и немножечко электроники
Программа для лабораторных исследований физико-механических свойств горных пород
Добавлено
06 апр 2024 в 07:36
Работа проводилась компанией ООО "Контрольно-весовая и измерительная техника" http://www.hbm.ru/about/realizovannye-proekty/1...
Цель задачи:
Обновление экспериментального стенда по изучению физико-механических свойств горных пород с месторождений полезных ископаемых. С помощью специального нагружаемого стенда производится анализ устойчивости бортов проектируемых карьеров и отвалов для проведения дальнейших геомеханических работ при разработке месторождений. Работы включают в себя отбор кернового материала и последующие лабораторные исследования физико-механических свойств вмещающих пород и рудных фракций. Состав проб – доломиты, аргиллиты, алевролиты, песчаники, туфы, туффиты, туфопесчаники, ксенотуфобрекчии, кимберлиты.
Для оценки устойчивости бортов карьера и отвалов в лаборатории физико-механических свойств и разрушения горных пород выполняется определение показателей физико-механических свойств скальных пород и рудных фракций (плотности r, влажности W, модуля упругости Еу , коэффициента Пуассона μ , пределов прочности при одноосном растяжении δу и сжатии δс , сцепления С и угла внутреннего трения φ).
Для выполнения измерений и дальнейшего анализа данных было выбрано измерительное оборудование и программное обеспечение компании HBM (датчики силы, тензорезисторы, датчики линейных перемещений, универсальный модуль MX840A). ПО CatmanEasy/AP было адаптировано под данную задачу с помощь программного модуля EasyScript (язык автоматизации VBA).
Для определения модуля упругости в соответствии с ГОСТом выполняется один цикл “нагрузка (до 50% прочности) – разгрузка – нагрузка (до разрушения)”, поэтому, в общем случае, петля гистерезиса будет одна.
Однако могут возникнуть следующие сложности:
1. При нагружении образца в интервале до 50% может произойти раскрытие или закрытие структурных неоднородностей образца (микротрещин, пор, и т.п.), что приводит к спаду напряжений (нагрузки) в образце
2. При научных исследованиях производят несколько циклов “нагрузки-разгрузки”, соответственно получается несколько петель гистерезиса.
Все это необходимо было учесть при расчетах с помощью математических возможностей ПО CatmanEasy/AP.
Частоты выходного сигнала с датчиков лежат в диапазоне 10-20 Гц.
При определении прочности на одноосное сжатие и растяжение возможно 2 варианта: 1 - без регистрации деформаций, тогда используется только канал 1 – датчик силы, 2 – с регистрацией деформации, тогда схема подключаемых датчиков аналогична.
В верхней части окна интерфейса пользователя расположены 2-а поля для отображения измерительных данных в режиме реального времени. Первый график (слева) будет отображать зависимость силы F, действующей на образец, от величины относительных продольных деформаций. Второй график (справа) будет отображать зависимость силы F от величины относительных поперечных деформаций. В зависимости от заданного числа используемых датчиков деформаций (меню выбора справа под цифровыми индикаторами) величины деформаций будут измеряться либо по каналам 2 и 3, либо по каналам 2, 4 и 3, 5 соответственно.
Помимо графиков для индикации измеренных данных на рабочем столе предусмотрены 3 цифровых индикатора:
1ый (слева): отображает максимальное значение силы, действующей на образец за время проведения эксперимента.
2ой и 3ий: отображают текущие средние (при использовании 2ух датчиков на ось) значения деформаций (продольных и поперечных).
Перед началом проведения измерений испытателю необходимо определить:
- параметры образца. В частности, при определении цилиндрической формы образца: d – диаметр окружности основания, h – высота образца. В случае выбора формы образца типа параллелепипед: d – сторона квадрата основания, h – также высота.
- сценарий эксперимента.
- величину силы преднагружения – усилие, при достижении которого будет осуществляться запуск считывания измерительных данных. Также можно оканчивать эксперимент при достижении величины силы преднаружения (в этом случае Вам необходимо поставить галочку снизу), в ином случае окончание эксперимента выполняется при нажатии кнопки «Остановка измерений».
- уже описанное выше количество используемых датчиков деформаций на ось. При этом по умолчанию для измерения величин деформаций используются датчики, выходной величиной которых является абсолютное значение деформации образца ∆x. Но также имеется возможность проводить измерения деформаций с помощью тензорезисторов (для этого Вам необходимо поставить галочку ниже).
После того как все необходимые параметры эксперимента определены нужно нажать кнопку «Начало измерений» для выполнения измерений. После проведения эксперимента все характеристики и данные записываются в файлы, расположенные в заданном каталоге.
После того как эксперимент проведен, а данные записаны, на экран выводится окно анализа, в котором возможно посмотреть зависимости:
Sigma(t) – зависимость величины давления на образец от времени.
Sigma(E1) и Sigma(E2) – зависимости величины давления на образец от относительных величин продольной и поперечной деформаций.
Sigma(∆h) и Sigma(∆d) – зависимости величины давления на образец от абсолютных величин продольной (∆h) и поперечной (∆в) деформаций.
При просмотре графиков можно использовать функцию масштабирования (курсор мыши наводим на поле графика, жмем правую кнопку мыши и выбираем один из пунктов «Zoom»). Также возможно распечатать на принтере или экспортировать полученный график в различные форматы фалов данных (*.BMP, *.JPEG, и т.д.).
Для загрузки сохраненных измерительных файлов необходимо выбрать требуемый эксперимент и нажать кнопку «Переход в режим анализа». В этом режиме можно загружать как единичные файлы, так и несколько файлов. Для выполнения последней операции нужно поставить галочку в строке «Вывести несколько графиков» и последовательно, нажимая кнопку «Загрузить файл испытаний», загружать нужные файлы. В этом случае в таблицу, расположенную ниже, будут выводиться результаты каждого эксперимента, а под ними рассчитанное среднее арифметическое.
Цель задачи:
Обновление экспериментального стенда по изучению физико-механических свойств горных пород с месторождений полезных ископаемых. С помощью специального нагружаемого стенда производится анализ устойчивости бортов проектируемых карьеров и отвалов для проведения дальнейших геомеханических работ при разработке месторождений. Работы включают в себя отбор кернового материала и последующие лабораторные исследования физико-механических свойств вмещающих пород и рудных фракций. Состав проб – доломиты, аргиллиты, алевролиты, песчаники, туфы, туффиты, туфопесчаники, ксенотуфобрекчии, кимберлиты.
Для оценки устойчивости бортов карьера и отвалов в лаборатории физико-механических свойств и разрушения горных пород выполняется определение показателей физико-механических свойств скальных пород и рудных фракций (плотности r, влажности W, модуля упругости Еу , коэффициента Пуассона μ , пределов прочности при одноосном растяжении δу и сжатии δс , сцепления С и угла внутреннего трения φ).
Для выполнения измерений и дальнейшего анализа данных было выбрано измерительное оборудование и программное обеспечение компании HBM (датчики силы, тензорезисторы, датчики линейных перемещений, универсальный модуль MX840A). ПО CatmanEasy/AP было адаптировано под данную задачу с помощь программного модуля EasyScript (язык автоматизации VBA).
Для определения модуля упругости в соответствии с ГОСТом выполняется один цикл “нагрузка (до 50% прочности) – разгрузка – нагрузка (до разрушения)”, поэтому, в общем случае, петля гистерезиса будет одна.
Однако могут возникнуть следующие сложности:
1. При нагружении образца в интервале до 50% может произойти раскрытие или закрытие структурных неоднородностей образца (микротрещин, пор, и т.п.), что приводит к спаду напряжений (нагрузки) в образце
2. При научных исследованиях производят несколько циклов “нагрузки-разгрузки”, соответственно получается несколько петель гистерезиса.
Все это необходимо было учесть при расчетах с помощью математических возможностей ПО CatmanEasy/AP.
Частоты выходного сигнала с датчиков лежат в диапазоне 10-20 Гц.
При определении прочности на одноосное сжатие и растяжение возможно 2 варианта: 1 - без регистрации деформаций, тогда используется только канал 1 – датчик силы, 2 – с регистрацией деформации, тогда схема подключаемых датчиков аналогична.
В верхней части окна интерфейса пользователя расположены 2-а поля для отображения измерительных данных в режиме реального времени. Первый график (слева) будет отображать зависимость силы F, действующей на образец, от величины относительных продольных деформаций. Второй график (справа) будет отображать зависимость силы F от величины относительных поперечных деформаций. В зависимости от заданного числа используемых датчиков деформаций (меню выбора справа под цифровыми индикаторами) величины деформаций будут измеряться либо по каналам 2 и 3, либо по каналам 2, 4 и 3, 5 соответственно.
Помимо графиков для индикации измеренных данных на рабочем столе предусмотрены 3 цифровых индикатора:
1ый (слева): отображает максимальное значение силы, действующей на образец за время проведения эксперимента.
2ой и 3ий: отображают текущие средние (при использовании 2ух датчиков на ось) значения деформаций (продольных и поперечных).
Перед началом проведения измерений испытателю необходимо определить:
- параметры образца. В частности, при определении цилиндрической формы образца: d – диаметр окружности основания, h – высота образца. В случае выбора формы образца типа параллелепипед: d – сторона квадрата основания, h – также высота.
- сценарий эксперимента.
- величину силы преднагружения – усилие, при достижении которого будет осуществляться запуск считывания измерительных данных. Также можно оканчивать эксперимент при достижении величины силы преднаружения (в этом случае Вам необходимо поставить галочку снизу), в ином случае окончание эксперимента выполняется при нажатии кнопки «Остановка измерений».
- уже описанное выше количество используемых датчиков деформаций на ось. При этом по умолчанию для измерения величин деформаций используются датчики, выходной величиной которых является абсолютное значение деформации образца ∆x. Но также имеется возможность проводить измерения деформаций с помощью тензорезисторов (для этого Вам необходимо поставить галочку ниже).
После того как все необходимые параметры эксперимента определены нужно нажать кнопку «Начало измерений» для выполнения измерений. После проведения эксперимента все характеристики и данные записываются в файлы, расположенные в заданном каталоге.
После того как эксперимент проведен, а данные записаны, на экран выводится окно анализа, в котором возможно посмотреть зависимости:
Sigma(t) – зависимость величины давления на образец от времени.
Sigma(E1) и Sigma(E2) – зависимости величины давления на образец от относительных величин продольной и поперечной деформаций.
Sigma(∆h) и Sigma(∆d) – зависимости величины давления на образец от абсолютных величин продольной (∆h) и поперечной (∆в) деформаций.
При просмотре графиков можно использовать функцию масштабирования (курсор мыши наводим на поле графика, жмем правую кнопку мыши и выбираем один из пунктов «Zoom»). Также возможно распечатать на принтере или экспортировать полученный график в различные форматы фалов данных (*.BMP, *.JPEG, и т.д.).
Для загрузки сохраненных измерительных файлов необходимо выбрать требуемый эксперимент и нажать кнопку «Переход в режим анализа». В этом режиме можно загружать как единичные файлы, так и несколько файлов. Для выполнения последней операции нужно поставить галочку в строке «Вывести несколько графиков» и последовательно, нажимая кнопку «Загрузить файл испытаний», загружать нужные файлы. В этом случае в таблицу, расположенную ниже, будут выводиться результаты каждого эксперимента, а под ними рассчитанное среднее арифметическое.
