Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Charakterystyka mechaniczna rdzenia kręgowego świni pod wpływem obciążenia statycznego w badaniu in vitro

Pasławski R., Jacyna M., Jacyna K., Janiszewski A., Będziński R.

Inżynieria Powierzchni

|

2018

|

nr 2

43--48

PL

Podstawy: Pomimo faktu prowadzenia wielu badań wiadomo, że właściwości mechaniczne świńskiego rdzenia kręgowego poddawanego obciążeniom nie zostały jeszcze dostatecznie wyjaśnione. Metody: Próbki zostały obciążone przy różnych prędkościach odkształcenia: 0,02 (1/ s) i 0,002(1/ s)do wielkości odkształcenia od 5% do 10%. Po osiągnięciu określonej wartości odkształcenia próbki pozostawiono przy stałym odkształceniu po to aby utrzymać relaksację naprężeń. Wyniki: Testy rozciągania przedstawiające relację naprężenie-odkształcenie są znacząco nieliniowe z krzywą odpowiadającą niskiej sztywności. W poniższym obszarze naprężenie wzrasta wykładniczo wraz z przyłożonym odkształceniem. Największe wartości obliczonych naprężeń dla 10% odkształcenia wynosiły 0,014 MPa ( przy prędkości odkształcenia 0,02 (1/s)) i 0,008 MPa (przy prędkości 0,002 (1/s)).Liniowa aproksymacja naprężeń określona metodą minimum kwadratów pozwala wyznaczyć wartość modułu Younga: 39,68 kPa przy prędkości odkształcenia 0,02 (1/s) i 31,07 kPa przy prędkości odkształcenia 0,002 (1/s). Współczynnik statystyczny dopasowania R dla obu regresji miał wartość ponad 0,99 i potwierdził dobrą jakość aproksymacji. Współczynniki A i β (w równaniu Cloyd i Fujita) wynosiły odpowiednio 1,5 MPa i 31,3 przy prędkości odkształcenia 0,02 (1/s) oraz 1,3 MPa i 25,3 przy prędkości 0,002 (1/s). Względna relaksacja naprężeń została osiągnięta po 60 s w zakresie od 20% do 37%. Bezwzględna relaksacja naprężeń wynosiła od 0,4 kPa do 2,4 kPa przy prędkości odkształcenia 0,002 (1/s) przy 5 proc. maksymalnym odkształceniu oraz odpowiednio 0,02 (1/s) przy 10 proc. max. odkształceniu. Interpretacja: Charakterystyki mechaniczne przedstawiły też widoczną zależność odkształcenia i prędkości jako, że sztywność znacząco wzrasta wraz ze wzrostem prędkości odkształcenia.

EN

Background: In spite of a number of researchers, it is well known that mechanical behaviour of a spinal cord under loading has not yet been studied extensively enough. Methods: Specimens were loaded at various strain rates: 0.02/s and 0.002/s to 5% and 10% strain. After reaching defined strain value, samples were left at a constant strain for stress relaxation. Findings: The demonstrated tensile testing stress-strain response is a highly non-linear curve corresponding to low stiffness. In the toe region stress increases exponentially with the applied strain. The highest calculated stress value for 10% strain was 0,014 MPa (strain rate 0.02/s) and 0.008 MPa (strain rate 0.002/s). Linear approximation of the stress by the least square method allowed to derive Young modulus of the value: 39.68 kPa at strain rate 0.02/s and 31.07 kPa at strain rate 0.002/s. R squared value for both regressions was above 0.99 and confirmed a good quality of approximation. A and β coefficients (in Cloyd and Fujita equation) were 1.5 MPa and 31.3 at 0.02/s strain rates and 1.3 MPa and 25.3 at 0.002/s strain rates correspondingly. Relative stress relaxation increased from 20% to 37% after 60 s. Absolute stress relaxation was from 0.4 kPa to 2.4 kPa, at 0.002/s strain rate by 5% maximum strain and 0.02/s strain rate by 10% respectively. Interpretation: Mechanical characteristics demonstrated a visible strain-rate dependence as stiffness was significantly increasing with an increase of strain rate.

2

Badania prędkości fal sprężystych i charakterystyka naprężeniowo-odkształceniowa w warunkach trójosiowego ściskania dla wybranych skał klastycznych i węglanowych

Puskarczyk E., Krakowska P., Wawrzyniak-Guz K., Jarzyna J.

Zeszyty Naukowe Instytutu Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN

|

2017

|

nr 101

313--322

PL

W pracy analizowano wyniki pomiarów laboratoryjnych wykonanych na próbkach o zróżnicowanej litologii. Głównym celem było sprawdzenie, jak zmieniają się wartości prędkości fal sprężystych i dynamicznych modułów sprężystych w trójosiowym stanie naprężenia. Pomiary wykonano z wykorzystaniem nowatorskiego zestawu będącego na wyposażeniu Katedry Geofizyki, WGGiOŚ, AGH. Zestaw pomiarowy składa się z komory ciśnieniowej, prasy hydraulicznej i dźwigu oraz generatora fal sprężystych i specjalistycznego oprogramowania. Umożliwia pomiary prędkości fal podłużnych P i poprzecznych S wraz z pełną charakterystyką naprężeniowo-odkształceniową w trójosiowym stanie naprężenia. W pracy przedstawiono wyniki pomiarów uzyskane dla ciśnień okólnych odpowiednio dobranych dla głębokości występowania oraz wieku poszczególnych próbek. Pomiary wykonywano do momentu zniszczenia próbki. Wykonano analizę zmian prędkości przy stopniowym osiowym obciążaniu próbki. W efekcie uzyskano prędkości fal sprężystych oraz charakterystyki naprężeniowo-odkształceniowe. Uzyskano wyższe wartości prędkości fal sprężystych przy symulowanych ciśnieniach złożowych niż podczas pomiarów w warunkach atmosferycznych. Wyniki zestawiono z pozostałymi, dostępnymi rezultatami badań laboratoryjnych, np. porowatościami wyznaczonymi z eksperymentów NMR i porozymetrii rtęciowej. Równoczesne pomiary prędkości fal sprężystych P i S oraz charakterystyka naprężeniowo-odkształceniowa przy symulowanym ciśnieniu górotworu są efektywnym narzędziem do odtworzenia w laboratorium warunków złożowych i uzyskania wiarygodnych wartości dynamicznych i statycznych parametrów sprężystych i geomechanicznych.

EN

The results of laboratory measurements performed on samples with varied lithology were analyzed. The main objective was to see how the values of elastic wave velocity at triaxial stress conditions change. Measurements were made using the innovative equipment located at the Department of Geophysics, Faculty of Geology, Geophysics and Environmental Protection, AGH University of Science and Technology. The measuring set consists of a pressure chamber, a hydraulic press, a crane and specialized software. It enables the measurements of the velocity of longitudinal (P) and transverse (S) waves along with full stress-strain characteristics in triaxial stress conditions. The results of the measurements were obtained at reservoir pressure, suitably selected for the depth and age of the individual samples. Measurements were made until the sample was fractured. As a result, the velocity of the elastic waves and the stress-strain characteristics were obtained. A velocity analysis with simulated reservoir pressure conditions was performed, referring to the deformation characteristics of the samples. Higher velocity values were obtained at simulated reservoir pressures than during atmospheric measurements. The results were compiled with the other available laboratory results, such as porosities determined by NMR and mercury porosimetry experiments. The simultaneous measurements of P and S wave velocity and stress-strain characteristics at simulated reservoir pressure are an effective tool for reproducing reservoir conditions in laboratory conditions and obtaining reliable dynamic and static elastic and geomechanical parameters.

3

Zmiany mikrostruktury i charakterystyk naprężeniowo-odkształceniowych kości gąbczastej pozyskiwanej w zabiegach alloplastyki

Jankowski K., Pawlikowski M., Makuch A., Skalski K., Kokot G., Szlązak K.

Inżynieria Powierzchni

|

2017

|

nr 3

38--45

PL

W pracy przedstawiono wyniki badań zmian zachodzących w porowatej strukturze ludzkiej kości gąbczastej poddanej obciążeniom ściskającym. Do oceny zmian wykorzystano maszynę wytrzymałościową MTS Bionix oraz mikrotomograf SkyScan. Dzięki wykonywaniu projekcji mikrotomograficznych przed próbą ściskania kości i po niej zarejestrowano nie tylko charakterystyki naprężeniowo-odkształceniowe i zmianę sztywności kości, ale również ewolucję mikrostruktury (zmianę geometrii porów, przesunięcia, rotację, odkształcenia i pękanie beleczek kostnych), co w dalszych badaniach pozwoli dokładniej opisać mechanizmy odkształceń biologicznych materiałów porowatych.

EN

The paper presents the results of studies on the changes of the porous structure of human cancellous bone obtained in the arthroplasty surgery of the pathologically altered hip joints. The MTS Bionix testing machine and SkyScan Micro tomograph were used in the assessment. By performing a microtomographic projection before attempting to compress the bone and afterwards not only were the stress-strain characteristics and change in stiffness of the bone recorded, but also the evolution of the microstructure (change in pore geometry, displacement, rotation, deformation and fracture of bone beams). This in further research will allow to more accurately describe mechanisms of biological deformation of porous materials.

4

Laboratory method for evaluating the characteristics of expansion rock bolts subjected to axial tension

Korzeniowski W., Skrzypkowski K., Herezy Ł.

Archives of Mining Sciences

|

2015

|

Vol. 60, no. 1

209--224

EN

Rock bolts have long been used in Poland, above all in the ore mining. Worldwide experience (Australia, Chile, Canada, South Africa, Sweden, and USA) provides evidence of rock bolt supports being used for loads under both static and dynamic conditions. There are new construction designs dedicated to the more extreme operating conditions, particularly in mining but also in tunneling. Appreciating the role and significance of the rock bolt support and its use in Polish conditions amounting to millions of units per year, this article describes a new laboratory test facility which enables rock bolt testing under static load conditions. Measuring equipment used as well as the possibilities of the test facility were characterized. Tests were conducted on expansion rock bolt supports installed inside a block simulating rock mass with compression strength of 80 MPa, which was loaded statically as determined by taking account of the load in order to maintain the desired axial tension, which was statically burdened in accordance with determined program load taking into consideration the maintenance of set axial tension strength at specified time intervals until capacity was exceeded. As an experiment the stress-strain characteristics of the rock bolt support were removed showing detailed dependence between its geometrical parameters as well as actual rock bolt deformation and its percentage share in total displacement and deformation resulting from the deformation of the bolt support elements (washer, thread). Two characteristic exchange parts with varying intensity of deformation /displacement per unit were highlighted with an increase in axial force static rock bolt supports installed in the rock mass.

PL

Obudowa kotwowa jest już od dawna stosowana w Polsce, przede wszystkim w górnictwie rudnym. Światowe doświadczenia (Australia, Chile, Kanada, RPA, Szwecja, USA) świadczą o stosowaniu obudowy kotwowej zarówno w warunkach obciążeń o charakterze statycznym jak i dynamicznym. W podziemnych wyrobiskach górniczych wykonywanych na dużych głębokościach, szczególnie przy eksploatacji złóż rud miedzi w kopalniach LGOM, w których stosuje się samodzielną obudową kotwową istnieje niebezpieczeństwo nieprzewidzianego odpadania bloków skalnych do przestrzeni roboczej. Podstawowym zadaniem kotwienia wyrobisk górniczych jest zapewnienie ich stateczności, jako zasadniczy warunek bezpieczeństwa pracy. Powstają nowe konstrukcje przeznaczone do bardziej ekstremalnych warunków funkcjonowania, w szczególności w warunkach górniczych, ale również w tunelarstwie. Podstawowym rodzajem obudowy wyrobisk przygotowawczych i eksploatacyjnych w podziemnych kopalniach LGOM jest obudowa kotwowa rozprężna lub wklejana. Wybór sposobu utwierdzenia obudowy kotwowej zależy miedzy innymi od: czasu użytkowania, klasy stropu, wymiarów oraz przeznaczenia wyrobiska. W polach eksploatacyjnych, gdzie okres od wykonania wyrobiska do jego likwidacji jest stosunkowo krótki, częściej stosuje się kotwy rozprężne, które ze względu na mniejszą czasochłonność zabudowy, pozwalają na większą wydajność kotwienia. Doceniając rolę i znaczenie obudowy kotwowej oraz jej zużycie sięgające w warunkach polskich milionów sztuk rocznie, w niniejszym artykule opisano nowe stanowisko laboratoryjne umożliwiające badanie rzeczywistej obudowy kotwowej w warunkach obciążeń statycznych. Stanowisko laboratoryjne do badania wytrzymałości na rozciąganie obudowy kotwowej zbudowane w Katedrze Górnictwa Podziemnego AGH umożliwia badania obudów kotwowych przy różnych warunkach obciążeń. Składa się ono z kilku współpracujących ze sobą podzespołów: Hydraulicznego Układu Obciążającego Kotew (HUK), pulpitu sterującego I, pulpitu sterującego II, pulpitu rejestrującego oraz zespołu agregatu hydraulicznego (Rys. 1). W artykule scharakteryzowano zastosowaną aparaturę pomiarową oraz możliwości badawcze stanowiska badawczego. Pomiar siły na stanowisku laboratoryjnym był wykonywany za pomocą czterech tensometrycznych czujników siły. Czujniki były rozmieszczone co 90 stopni na tarczy pomiarowej (Rys. 4). Całkowita siła rejestrowana podczas badań rozciągania żerdzi kotwowej była sumą wartości sił uzyskiwanych na poszczególnych czujnikach siły. Pomiar przemieszczeń elementów obudowy oraz wydłużenia żerdzi kotwowej był wykonywany za pomocą enkodera linkowego inkrementalnego. Enkoder przymocowany był na stałe do bloku siłowników (Rys. 6), natomiast linka enkodera przemieszczała się wraz z wysuwem tarczy pomiarowej (Rys. 6). W celu określenia odkształcenia materiału badanego elementu (żerdzi kotwowej) w badaniach zastosowano tensometry elektrooporowe typu kratowego (Rys. 7). Czujniki siły, przemieszczenia oraz odkształcenia zostały podłączone do uniwersalnego wzmacniacza pomiarowego QuantumX MX840, za pomocą wtyczek 15-pinowych. Podczas procesu rozciągania kotwy wyniki pomiarów siły, przemieszczenia oraz odkształcenia były rejestrowane na bieżąco za pomocą specjalistycznego programu z dziedziny technik pomiarowych „CATMAN – EASY”. Wybór programu wynikał z możliwości współpracy z systemem operacyjnym MS Windows oraz połączenia komputera z uniwersalnym wzmacniaczem pomiarowym QuantumX MX840 poprzez kabel ethernetowy. Program umożliwiał bieżącą (on-line) wizualizację i ocenę pomiaru. Ponadto po zakończeniu testu, tworzone były raporty dokumentujące wyniki pomiarów, które były zapisywane w rozszerzeniu pliku ASCII. Następnie dane były przesyłane do programu Microsoft Excel w celu analizy uzyskanych wyników. W badaniach zastosowano obudowę kotwową rozprężną, zainstalowaną w bloku symulującym górotwór o wytrzymałości skał na ściskanie wynoszącej 80MPa (Rys. 3), która była obciążana statycznie według ustalonego programu obciążenia uwzględniającego utrzymywanie zadanej osiowej siły rozciągającej w określonych przedziałach czasowych, aż do przekroczenia nośności. W badaniach zastosowano obudowę kotwową rozprężną, która stanowi podstawową obudowę wyrobisk eksploatacyjnych w ZG „Polkowice – Sieroszowice”. Obudowa składała się z żerdzi kotwowej typu RS-2N (Tabl. 1). Żerdź kotwowa współpracowała z głowicą rozprężną typu KE3-2K (Tabl. 2, Rys. 9). W badaniach zastosowano profilowane podkładki kotwowe okrągłe o grubości 6 mm (Tabl. 3, Rys. 10). Eksperymentalnie zdjęto charakterystykę naprężeniowo-odkształceniową kotwy (Rys. 12) pokazując szczegółowo zależności pomiędzy jej parametrami geometrycznymi, odkształceniami właściwymi żerdzi kotwowej oraz ich procentowego udziału w całkowitych przemieszczeniach i odkształceniach wynikających z deformowania się elementów składowych obudowy kotwowej (podkładka, gwint) oraz przemieszczeń głowicy rozprężnej. Wyróżniono dwie znamienne części charakterystyki różniące się wielkością intensywności odkształceń/przemieszczeń przypadających na jednostkowy przyrost wartości siły osiowej obciążającej statycznie kotew zainstalowaną w górotworze.

5

High temperature versus geomechanical parameters of selected rocks – the present state of research

Sygała A., Bukowska M., Janoszek T.

Journal of Sustainable Mining

|

2013

|

Vol. 12, iss. 4

45--51

EN

This paper presents the current state of knowledge concerning the examination of the impact of increased temperatures on changes of geomechanical properties of rocks. Based on historical data, the shape of stress-strain characteristics that illustrate the process of the destruction of rock samples as a result of load impact under uniaxial compression in a testing machine, were discussed. The results from the studies on changes in the basic strength and elasticity parameters of rocks, such as the compressive strength and Young’s modulus were compared. On their basis, it was found that temperature has a significant effect on the change of geomechanical properties of rocks. The nature of these changes also depends on other factors (apart from temperature). They are, among others: the mineral composition of rock, the porosity and density. The research analysis showed that changes in the rock by heating it at various temperatures and then uniaxially loading it in a testing machine, are different for different rock types. Most of the important processes that cause changes in the values of the strength parameters of the examined rocks occured in the temperature range of 400 to 600C.

6

Percolation behavior and mehanical properties of polycarbonate composites filled with carbon black/carbon nanotube systems

Pötschke P., Arnaldo M. H., Radusch H.-J.

Polimery

|

2012

|

T. 57, nr 3

204-211

EN

The effect of a mixed filler system consisting of carbon black (CB) and multi-walled carbon nanotubes (MWCNTs) on electrical, rheological and mechanical properties of melt compounded composites with polycarbonate (PC)was investigated. Pure CB orMWCNTs or mixtures of CB and MWCNTs in mass ratio 50/50 or 75/25 were added to PC using a small scale DACA Micro-Compounder in order to get the filler concentration between 0.5 and 5 wt. %. Comparison of the theoretical percolation concentration for composites with the mixed filler systems with corresponding experimental values allows to state that no synergistic effect occurs. SEM and TEM investigations on thin sections showed a good distribution of quite small CB aggregates and good dispersion of the MWCNTs in composites. Rheological properties of the melted composites are more influenced by MWCNTs than by CB content. The stress-strain behavior of the composites compared at loadings leading to a composite conductivity of 10-4 S/cm is the best for composites filled with MWCNTs and better for that with mixed filler systems than for composites with CB only

PL

Badano wpływ mieszanego układu napełniaczy złożonego z sadzy (CB) i wielościennych nanorurek węglowych (MWCNT) na elektryczne, reologiczne i mechaniczne właściwości kompozytów z poliwęglanem (PC). Czyste CB lub MWCNT albo mieszanki CB i MWCNT o stosunku masowym 50/50 lub 75/25 były dodawane do PC w ilości od 0,5 do 5 % mas. Zależności przewodności właściwej przygotowanych kompozytów od zawartości napełniacza opisywano funkcjami, których parametr dobieralny odpowiadał wartościom elektrycznego progu perkolacji (pc). Porównanie tak wyznaczonych teoretycznych stężeń perkolacji kompozytów zawierających różne układy napełniaczy z odpowiednimi wartościami doświadczalnymi pozwoliło stwierdzić, że nie występuje tu żaden efekt synergiczny. Badania SEM i TEM cienkich przekrojów kompozytów wykazały dobrą dyspersję stosunkowo małych agregatów CB i dobry rozkład MWCNT w kompozytach. Właściwości reologiczne stopionych kompozytów są bardziej zależne od zawartości MWCNT niż od zawartości CB jako napełniacza. Charakterystyka naprężenie–odkształcenie jest najlepsza w przypadku kompozytów napełnionych MWCNT, nieco słabsza w przypadku kompozytów z mieszanym układem napełniaczy, a najsłabsza gdy kompozyt napełniono samym CB.

7

Badania właściwości mechanicznych staliwa LH556 i stali VP159 pod kątem zastosowania w osłonach balistycznych

Moćko W., Kowalewski Z. L., Wojciechowski A., Rudnik D.

Biuletyn Wojskowej Akademii Technicznej

|

2012

|

Vol. 61, nr 2

449-462

PL

Praca przedstawia charakterystyki naprężenie-odkształcenie stali austenitycznej VP159 oraz staliwa austenitycznego LH556, o dużej zawartości azotu, przy różnych prędkościach odkształcania. Do badań w zakresie obciążeń statycznych zastosowano serwohydrauliczną maszynę wytrzymałościową, natomiast w zakresie obciążeń dynamicznych metodę pręta Hopkinsona. Otrzymane rezultaty przedstawiono w formie wykresów naprężenia rzeczywistego w funkcji odkształcenia rzeczywistego. Na podstawie statycznej próby rozciągania wyznaczono również podstawowe parametry badanych materiałów, takie jak: E, R0,05, R0,2, Rm. Na podstawie badań stwierdzono, że stal VP159 ma znacznie lepszą ciągliwość niż staliwo LH556, natomiast pozostałe parametry i charakterystyki były zbliżone. Otrzymane wyniki można wykorzystać do wyznaczenia parametrów równań konstytutywnych opisujących termomechaniczne właściwości materiałów na potrzeby symulacji komputerowych.

EN

This work presents the stress-strain curves of the VP159 steel and LH556 cast alloy of high nitrogen content, at wide range of strain rates. At quasi-static deformation regime, the servohydraulic testing machine was applied, whereas for dynamic tests the Hopkinson bar was used. The results were presented as a true stress - true strain diagrams. The basic mechanical properties of materials, i.e., E, R0.05, R0.2, Rm were determined. The tests show that the VP159 steel exhibits a much better ductility than the LH556 cast alloy, whilst the other parameters were similar for both materials. The results create a base for determination of parameters appearing at different constitutive equations describing thermo-mechanical behavior of materials within finite element method codes.

8

Analiza emisji akustycznej zarejestrowanej podczas ściskania próbek piaskowca i węgla

Gawryś J., Krzysztoń D.

Górnictwo i Geoinżynieria

|

2007

|

R. 31, z. 1

9-33

PL

Przeprowadzono badania eksperymentalne nad własnościami mechanicznymi i akustycznymi typowych skał karbońskich podczas jednoosiowego i trójosiowego ściskania. Próbki skalne ściskane były w sztywnej maszynie wytrzymałościowej MTS-810 New. W przypadku trójosiowego ściskania próbkę umieszczano w komorze ciśnieniowej 70 MPa. Parametrami eksperymentu były prędkość odkształcenia podłużnego próbki skalnej o wartości rzędu 10/-4 i 10/-2 s/-1 oraz ciśnienie okólne o wartości p = 0, 10, 20, 30 i 50 MPa. Wyniki pomiarowe przedstawiają wykresy całego procesu ściskania próbki i rejestracji emisji akustycznej. W niniejszej pracy przedstawiono wyniki uzyskane z badań piaskowca drobnoziarnistego i węgla. Załączono wykresy uzyskane w jednoosiowym ściskaniu próbek skalnych, przy zastosowaniu dwóch różnych prędkości odkształcenia (10/-4 i 10/-2 s/-1) dla piaskowca i węgla, oraz wykresy trójosiowego ściskania przy dwóch różnych prędkościach odkształcenia dla piaskowca i węgla. Wykazano, że parametry charakteryzujące emisję akustyczną (liczba i amplituda impulsów) oraz ich rozkład względem charakterystyki naprężeniowo-odkształceniowej dla każdego typu litologicznego skały zależą od parametrów eksperymentu. Z przeprowadzonych badań wynika, że zjawiska akustyczne występujące podczas ściskania próbek skalnych mają inny przebieg w piaskowcu (w skałach płonnych) i w węglu. Analiza otrzymanych wyników wykazała, że na aktywność akustyczną mają wpływ zarówno ciśnienie okólne, jak i prędkość odkształcenia próbki. Wzrost tych parametrów wpływa na wzrost skumulowanej liczby impulsów w piaskowcu i na zmniejszanie się skumulowanej liczby impulsów w węglu.

EN

Experimental investigation on rock mechanical and acoustic properties during the uniaxial and conventional triaxial compression has been conducted. The typical Carboniferous rock samples collected from the Upper Silesian Coal Basin were tested. The rock samples of diameter 30 mm and height 60 mm were compressed in a stiff testing machine. In triaxial compression a 70 MPa pressure chamber was used. The parameters of experiments were the rate of longitudinal strain rate of samples (10/-4 and 10/-2 s/-1) and the confining pressure (0, 10, 20, 30, 50 MPa). The acoustic emission was registered by a Bruel and Kjaer device. The piezoelectric transducers were used for converting vibrations caused by fracture process during the uniaxial compression and triaxial compression. The output voltage of these transducers was proportional to the acceleration of vibrations. The results of measurements are shown in diagram of rock compression in a stiff testing machine and on a diagram of acoustic emission registration during the complete process of compression and failure. The results obtained from the investigation of fine-grained sandstone and coal are presented in this work. For each experiment the cumulated value of impulses and the energy expressed by a sum of squared amplitudes were determined. Those values were related to the strain of a sample at the assumption that 100% of strain corresponds to the value of critical load (pressure). It was shown that the parameters of acoustic emission (the number and amplitude of registered impulses) and their distribution in relation to the stress-strain characteristic depend on the parameters of experiment (strain rate and confining pressure) as well as on the type of the rock. The frequency analysis was conducted for the chosen impulses of the cumulated activity diagram, referred to the stress-strain characteristic. The values of the obtained magnitudes: amplitude of spectrum, dominant frequency and time of impulse duration are presented for sandstone and coal samples correspondingly in tables. The analysis of the obtained results has shown that the increase in strain rate and in confining pressure influence the increase of acoustic parameter in sandstone and on the contrary, the decrease of this parameter in coal. It was observed that the influence of strain rate on the investigated acoustic magnitudes is greater then that of the confining pressure.

9

Experimental Determination of Young's Modulus of Rubber from Static and Dynamic Measurements

Bartko R., Valášek R., Malicková P., Vavro J., Fandáková M.

Machine Dynamics Problems

|

2006

|

Vol. 30, No. 3

36-42

EN

One of the most fundamental relations governing the dynamic properties of materials is Hooke's law of elasticity. Hooke's law is a relationship between stress and strain. Hooke's law describes materials which have relatively low damping very accurately. Short theory needed for calculation of elastic modulus, shear modulus and Poison's ratio is presented in this paper. Static measurement stress-strain characteristics of rubber and dynamic tests were described. Calculation of elastic modulus, shear modulus and Poisson's ratio of rubber is shown. Then the influence of strain' velocity on elastic modulus was measured and calculated and complex elastic modulus was calculated from dynamic tests.

10

The influence of friction force on the post-critical failure of rock samples subjected to triaxial compression

Krzysztoń D.

Archives of Mining Sciences

|

2005

|

Vol. 50, no 4

517-536

EN

A typical friction experiment for determination of the friction force between a sliding rider of mass m and a rigid flat is presented in the paper (Fig. 1). The dependence between the friction force and the rider displacement was determined on the basis of experiments (Fig. 2 - Byerlee, 1978). Three values of friction forces were distinguished: initial (C), maximai (D) and residual (G) force. It was observed that after reaching the maximal value of friction force the rider displacement could be either stable or jerky. The jerky type of movement is known as a stick-slip (Byerlee, 1966; Byerlee & Brace, 1968; Paterson, 1978). When normal and shear stresses at the sample slip plane are known, the coefficients of friction cor responding to the initial, maximal and residual friction force are determined. As evidenced by Byerlee (1978), the straight line T = 0.85 [...] approximates the results for a variety of rock types for [...] 200 MPa (Fig. 3). The triaxial compression tests in a stiff testing machine at a confining pressure of 0-70 MPa were performed on Carboniferous rock samples collected from the Upper Silesian Coal Basin. The results showed that the post critical failures of waste rocks were congruent with smooth curves; failures of coals, however, were characterized by a stick-slip (Sanetra, 1994; Krzysztoń et al., 1998; Sanetra, 2004 - Fig. 5). The normal and shear stresses at the sample slip plane of known slope were calculated for the determined values of critical stress and residual stress in a uniaxial state of stress, and for a given confining pressure. The coefficients of maximal and residual frictions were also calculated, e.g. Table l. The obtained results shown in Figs. 6 and 7 were compared with the Byerlee law. Basing on foreign literature, the conditions at which stick-slip occurs were described and the method for determining normal stress (confining pressure), at which the transition from stable sliding to stick-slip takes place, was presented.

PL

W pracy przedstawiono typowy eksperyment dla określenia siły tarcia pomiędzy przesuwającą się próbką o masie m a sztywnym podłożem (rys. I). Na podstawie przeprowadzonych eksperymentów uzyskano wykres przedstawiający zależność pomiędzy siłą tarcia a przemieszczeniem próbki (rys. 2 - Byerlee, 1978). Na wykresie wyróżniono trzy wartości siły tarcia: początkową, maksymalną i resztkową siłę tarcia. Po uzyskaniu maksymalnej wartości siły tarcia dalsze przemieszczenie próbki może zachodzić w sposób gładki lub w sposób szarpany, charakteryzujący drgania cierne (Byerlee, 1966; Brace i Byerlee, 1968; Paterson, 1978). Znając naprężenia normalne i styczne w płaszczyźnie poślizgu wyznacza się współczynnik tarcia odpowiadający początkowej, maksymalnej lub resztkowej sile tarcia. Byerlee wykazał, że dla maksymalnej siły tarcia prosta o równaniu, = 0,85 [...] dobrze aproksymuje wyniki badań eksperymentalnych przeprowadzonych dla różnych rodzajów skał, gdy [...] 200 MPa (rys.3). Drgania cierne są również obserwowane w badaniach trójosiowego ściskania skał prowadzonych w sztywnej maszynie wytrzymałościowej, przy zastosowaniu ciśnienia okólnego o dużej wartości (Byerlee, 1966, 1967; Byerlee i Brace, 1968; Byerlee, 1975; Paterson; 1978; Shimada, 2000). W Laboratorium Geomechaniki Górniczej Zakładu Tąpań i Mechaniki Górotworu Głównego Instytutu Górnictwa w Katowicach prowadzone są trójosiowe badania skał w sztywnej maszynie wytrzymałościowej MTS 810 NEW przy zastosowaniu komory ciśnieniowej 70 MPa. W latach 1999-2002 prowadzono programowe badania nad wpływem ciśnienia okólnego na własności naprężeniowo-odkształceniowe typowych skał karbońskich Górnośląskiego Zagłębia Węglowego. Niektóre badania uwzględniały również pomiar kątów nachylenia płaszczyzny zniszczenia w trójosiowym ściskaniu próbek skalnych przy zastosowaniu ciśnienia okólnego w zakresie 0+50 MPa (Krzysztoń i in., 2002). W niniejszej pracy wykorzystano uzyskane wyniki i obliczono naprężenia normalne i naprężenia styczne w płaszczyznach poślizgu próbek skalnych badanych typów skał. W obliczeniach uwzględniono naprężenie krytyczne w jednoosiowym stanie naprężenia charakteryzujące skałę zwięzłą i naprężenie resztkowe odpowiadające skale spękanej. Kąty ścinania próbek nieznacznie różniły się dla badanych typów skał i obliczenia przeprowadzono dla jednego kąta ścinania, zależnego od ciśnienia okólnego zmieniającego się w zakresie 5+50 MPa (p = 5,10,20,30,50 MPa). Znając wartości naprężenia normalnego i stycznego w płaszczyźnie ścinania wyznaczono współczynniki tarcia i kąty tarcia wewnętrznego dla maksymalnej i resztkowej siły tarcia. Obliczenia współczynników tarcia dla skały zwięzłej i skały spękanej przeprowadzono tabelarycznie (np. Tab. 1). Uzyskane zależności miedzy naprężeniem ścinającym i naprężeniem normalnym w płaszczyznach ścinania badanych próbek zwięzłych i spękanych zaznaczono odpowiednio na rysunkach 6 i 7. Na rysunkach tych przedstawiono linią ciągłą zależność Byerlee'a. Na ogół zależność Byerlee'a aproksymuje wyniki eksperymentalne dla skał .zwięzłych (maksymalna siła tarcia) natomiast określa z nadmiarem wyniki dla skały spękanej (resztkowa siła tarcia) gdy resztkowe naprężenia normalne są większe niż 40 MPa. Drgania cierne są niebezpieczne, bo mogą powodować trzęsienia ziemi lub wstrząsy górotworu. Na podstawie literatury zagranicznej podano warunki, w jakich występują drgania cierne i sposób określenia naprężenia normalnego (ciśnienia okólnego), przy którym następuje przejście od statecznego poślizgu do drgań ciernych.

11

Badania pełnej charakterystyki napręzenie-odkształcenie oraz aktywności akustycznej skał z ZG Rudna.

Cyrul T.

Rudy i Metale Nieżelazne

|

2003

|

R. 48, nr 12

573-579

PL

Przeanalizowano pełną charakterystykę naprężenie-odkształcenie w konfrontacji z pomiarami aktywności akustycznej skaty w procesie obciążania. Celem było stwierdzenie istotnej różnicy w charakterystykach akustycznych badanych skał w przypadku skał klasy I i klasy II zachowań pokrytycznych. Skaty klasy II wykazują własność nadtąpliwośći [1], której geneza przypisywana jest strukturze skał, bądź warunkom brzegowym, np. prędkości obciążania Zauważalna różnica charakterystyk sejsmoakustycznych skał odmiennych klas zachowań, szczególnie w fazie przedkrytycznej mogłaby być wykorzystana dla celów prognostycznych tąpań. Badania obejmowały testy jednoosiowego ściskania walcowych próbek skalnych. W czasie obciążania mierzono równocześnie siłę, odkształcenia podłużne i poprzeczne oraz emisję akustyczną skał. Wśród zbadanych skał stwierdzono zarówno zachowania klasy I, jak i klasy II. Rozkłady czasowe parametrów emisji akustycznej uzyskane dla skał zakwalifikowanych do odmiennych klas zachowań pokrytycznych (klasa I lub klasa II)

EN

Full strain-stress characteristics of a rock under load were examined and related to the results of measurements of its acoustic behaviour. The aim of this study was to confirm an essential difference between acoustic characteristics of the rocks in dependence on whether they belong to class I or class II of the post-critical behaviour. The class II rocks exhibit an excessive bump feature [I], which can be attributed to the rocks structure or to such boundary conditions as, for example, loading rate. A clear difference between seismo-acoustic characteristics of the rocks belonging to different behaviour classes, particularly in a pre-critical phase, might be used to forecast rock bumps. Tests were made with uniaxial compressing of cylindrical rock samples, and the force applied, longitudinal and transverse strain and acoustic emission of the rocks were measured during their loading. Behaviours belonging both of the first and the second class were observed. Clear differences were found between time-dependent distributions of the acoustic emission parameters obtained for rocks assigned to different classes of post-critical behaviour (class I or class II).

12

The influence of strain rate on indices of rock bump susceptibility

Bukowska M.

Archives of Mining Sciences

|

2000

|

Vol. 45, nr 1

23-45

PL

W pracy określono wskaźniki skłonności skał do tąpań, które można uzyskać na podstawie badań jednoosiowego ściskania próbek skalnych w sztywnej maszynie wytrzymałościowej. Badania eksperymentalne prowadzono w sztywnej maszynie wytrzymałościowej MTS-810 przy wymuszeniu kinematycznym za pomocą prędkości odkształcenia podłużnego w zakresie prędkości odkształcenia 10-4 - lO-1, s-1 (Bukowska, 1996). W badaniach uwzględniono wszystkie rodzaje skał karbońskich formacji węglonośnej Górnośląskiego Zagłębia Węglowego: zlepieńce, piaskowce, mułowce, iłowce, węgle. Dla każdego rodzaju skał przebadano po kilkadziesiąt próbek laboratoryjnych (tablica 1). Wyniki badań uzyskiwano z wykresu komputerowego w postaci całkowitej charakterystyki naprężeniowo-odkształccniowej, na podstawie której określano wskaźniki skłonności skał do tąpań. Wyróżniono wskaźniki naprężeniowe, odkształceniowe, naprężeniowo-odkształceniowe i energetyczne (wzory: 4.1-4.6). Dla określenia wpływu prędkości odkształcenia skały na wielkości charakteryzujące wrażliwości skał do tąpań i wskaźniki skłonności skał do tąpań zastosowano analizę statystyczną, przy uwzględnieniu całej populacji próbek (538 próbek - tab. 1). Dla każdej zależności y = f[epsilon] i dla każdej próbki skalnej określono współczynniki korelacji. W przypad-ku gdy była możliwość grupowania próbek skalnych danego rodzaju skał, tzn. gdy korelacja badanej zależności y =f[epsilon] dla grupy próbek skalnych była istotna na przyjętym poziomie prawdopodobieństwa 0,05, określano dla całej grupy danego rodzaju jedno równanie regresji. W przeciwnym przypadku podawano równania regresji dla poszczególnych zależności dla każdej próbki oddzielnie. Otrzymane równania regresji przedstawiają zależności badanego parametru od prędkości odkształcenia skały (rys. 5.1-5.6). Analiza statystyczna wykazała, że niektóre parametry wykazują zależności od prędkości odkształcenia tylko dla pewnych typów skał. Istotnym wynikiem analizy statystycznej jest wykazanie, że wskaźniki skłonności skał do tąpań, określone na podstawie przedkrytycznej części charakterystyki naprężenio-wo-odkształceniowej: wskaźnik potencjalnej tąpliwości K, energetyczny wskaźnik skłonności do tąpań na granicy wytrzymałości WET oraz wskaźnik zagrożenia tąpaniami WZT, nie zależą od prędkości odkształcenia skał w badanym zakresie 10-4, lO-1, s-1 Zwrócono uwagę na wskaźniki skłonności skał do tąpań, które zależą od prędkości odkształcenia: wskaźnik potencjalnej energii sprężytej PES, wskaźnik dynamiki rozpadu X i wskaźnik osłabienia tąpnięcia W0T. Wskaźnik potencjalnej energii sprężystej wykazuje wzrost wraz ze wzrostem prędkości odkształcenia dla wszystkich badanych typów litologicz-nych skał. W przypadku piaskowców (rys. 6.1 a) i węgli występuje wyraźne zróżnicowanie wartości PES dla skał pochodzących z różnych kopalń. Natomiast iłowce, mułowce i zlepieńce wykazują jednakowe zmiany dla wszystkich próbek, bez względu na miejsce pobrania (rys. 6.1 b). Wskaźnik dynamiki rozpadu maleje wraz ze wzrostem prędkości odkształcenia dla węgli, iłowców i mułowców, przy czym występujące zależności są jednakowe dla wszystkich próbek tego samego typu litologicznego skały (rys. 6.2). Wskaźnik osłabienia tąpnięcia zależy od prędkości odkształcenia skały tylko dla mułowców i węgla, wykazując analogiczne zmiany dla całego typu litologicznego skały (rys. 6.3). Do wskaźników skłonności skał do tąpań zaliczano również naprężenie krytyczne (doraźna wytrzymałość na ściskanie), jako najbardziej charakterystyczną własność skał, którą można określić w warunkach kopalnianych. Dla globalnego przedstawienia wyników badań skonstruowano trójwymiarowy wykres warstwowy, na którym pokazano zmianę wartości poszczególnych energii właściwych wraz ze wzrostem prędkości odkształcenia. Dla przykładu załączono histogramy dla węgli (rys. 7.1) i dla mułowców (rys. 7.2), gdyż pozostałe typy skał wykazują podobne tendencje zmian. Trójwymiarowe histogramy obrazują nie tylko wpływ prędkości odkształcenia na badane energie, ale również przedstawiają względne wartości poszczególnych energii w stosunku do energii całkowitej. Na analogicznych histogramach przedstawiono wskaźniki skłonności skał do tąpań dla węgli (rys. 7.3) i dla mułowców (rys. 7.4). Wskaźnik [sigma] kr i PES wyraźnie wzrastają, natomiast wskaźnik [lambda] i WOT ulegają zmniejszeniu wraz ze wzrostem prędkości odkształcenia skały, jednakże szybkość zmiany poszczególnych wskaźników zależy od rodzaju skały. Wyniki badań odniesiono do zagadnień profilaktyki tąpaniowej w dwóch skrajnych przypadkach: zalegania słabego pokładu węgla pod mocnym stropem lub mocnego pokładu węgla pod słabym stropem. We wnioskach zestawiono wyniki badań. Końcowym wnioskiem jest stwierdzenie, że zapobieganie tąpaniom wymaga analizy poszczególnych przypadków zalegania układu: pokład-strop, a następnie stosowania odpowiedniego kierowania zarówno postepem frontu eksploatacyjnego dla wywołania odpowiedniej prędkości odkształcenia skał, jak również kontroli stropu dla zmniejszenia magazynowanej energii przez wumuszone zwały lub nawilżanie skał stropowych.

EN

The indexes of rock susceptibility to bumps, which can be determined from uniaxial compression of rock samples in a stiff testing machine have been determined. Experiments have been carried out at kinematic control with longitudinal strain rate ranging between 10-4 to 10-1 s-1. The results have been obtained in the form of a complete stress-strain characteristic. On this basis indexes of rock susceptibility to bumbs have been defined. The stress, strain, stress-strain and energy indexes have been determined. Attention has been paid to the indexes defined from the pre-critical part of the stress-strain characteristic as well as the indexes defined from the pre- and post -critical parts of the characteristic. The influence of strain rate on the indexes of rock susceptibility to bumps for all kinds of Carboniferous rock occurring in the Upper Silesian Coal Basin has been analysed with respect to the whole population of rock samples. The obtained results have been referred to the bump prevention measures in two exstreme cases: a weak seam under a strong roof or a strong seam under a weak roof.