آزمایشگاه مکانیک سنگ

 | تاریخ ارسال: ۱۳۹۸/۸/۲۵ | 
آزمایشگاه مکانیک سنگ

دکتر احمد فهیمی فر
سرپرست آزمایشگاه تخصصی مکانیک سنگ

                       


 






 

دکتر داود اکبری مهر
کارشناس آموزشی آزمایشگاه تخصصی مکانیک سنگ


 
تلفن: ۰۲۱۶۴۵۴۳۰۵۲
ایمیل:  rocklabaut.ac.ir
آدرس: ساختمان شماره دو، طبقه منفی دو، آزمایشگاه مکانیک سنگ


 
آزمایشگاه مکانیک سنگ

واحد آزمایشگاه مکانیک سنگ دانشکده عمران و محیط زیست دانشگاه صنعتی امیرکبیر با در اختیار داشتن امکانات و تجهیزات آزمایشگاهی، با اولویت برنامه‌های پژوهشی و آموزشی در حال فعالیت می‌باشد. در این راستا پژوهش‌هایی در دوره دکترا و کارشناسی ارشد در این واحد تعریف و انجام شده است تا امکان مطالعه و بررسی تئوری‌های نو در گرایش مکانیک سنگ فراهم گردد.
 
امکانات و تجهیزات
دستگاه خود کنترل (Servo Control)


 
دستگاه خود کنترل DARTEC-۹۶۰۰  بمنظور انجام انواع آزمایش‌های فشاری و کششی در دو حالت استاتیکی و دینامیکی مورد استفاده قرار می‌گیرد. این دستگاه یکی از نمونه‌های دستگاه خود کنترل بوده که امکان کنترل بارگذاری را در طول آزمایش توسط کامپیوتر فراهم می‌سازد که بدین طریق می‌توان ثبت داده‌ها را بصورت خودکار در حین انجام آزمایش‌ها انجام داد. این داده‌ها را می‌توان بوسیله تنظیمات موجود در دستگاه در فواصل زمانی دلخواه که مدنظر است ثبت نمود.
اطلاعات این دستگاه از جنس نیرو و تغییر مکان است و توسط سنسورهای فک بالا که متحرک است (فک پایین ثابت است) اندازه‌گیری می‌شوند.

این دستگاه شامل قسمت‌های مختلف زیر می‌باشد:
۱- واحد تأمین‌کننده نیروی هیدرولیکی برای انجام آزمایش‌ها
۲ -قاب بارگذاری دستگاه
۳- قسمت‌های مرتبط با کامپیوتر و مبدل‌های دستگاه

واحد تأمین‌کننده نیروی هیدرولیکی:
برای اعمال نمودن نیروی لازم به نمونه در حین انجام آزمایش‌ها باید این قسمت فعال باشد، تا بتواند نیروی هیدرولیکی لازم را تأمین نماید. دستگاه برای تأمین نیروی هیدرولیکی دارای یک موتور پمپ بسیار قوی است که مشخصات این موتور پمپ به شرح ذیل است:وزن موتور: ۱۲۰ کیلوگرم
دور موتور: ۱۷۴۰ دور بر دقیقه
قدرت موتور: ۲۱.۳ کیلو وات

بطورکلی قسمت تأمین‌کننده نیروی هیدرولیکی دستگاه شامل قسمت‌ها و اجزای زیر است:

الف- دریچه ترموستاتیکی آب
اگر دمای روغن هیدرولیکی دستگاه که در حین انجام آزمایش در سیستم در حال گردش است از حد مجاز تجاوز کند این دریچه بطور خودکار باز می‌شود و جریان آب را در سیستم برقرار می‌کند، بدین ترتیب باعث خنک کردن روغن و ادامه انجام آزمایش می‌گردد.
بمنظور جلوگیری از مصرف زیاد آب، یک منبع در کنار دستگاه تعبیه شده است که آب جریان یافته در سیستم به درون آن با کمک پمپ وارد شده و مجدداً همین آب وارد سیستم شده و باعث خنک شدن روغن می‌گردد.

ب- پمپ
عملکرد پمپ به این صورت است که نیروی لازم را برای گردش روغن هیدرولیکی در سیستم برقرار می‌سازد. توانایی حداکثر این موتور پمپ گردش ۱۰۰ لیتر بر دقیقه روغن هیدرولیکی در سیستم می‌باشد.

ج- قسمت تأمین‌کننده فشار مورد نیاز
برای شروع آزمایش در این قسمت دریچه‌ای وجود دارد که عملکرد آن باعث می‌شود تا سطح روغن به حد مطلوب برای شروع آزمایش برسد.

د- دریچه خودکار
برای تأمین نیروی هیدرولیکی لازم در حین آزمایشعملکرد این دریچه به این صورت است که نیروی هیدرولیکی لازم در حین انجام آزمایش را تأمین می‌کند، یعنی بطور خودکار برای تأمین نیروی هیدرولیکی بیشتر دریچه باز می‌شود تا امکان ادامه انجام آزمایش را فراهم سازد.

ه- ترموستات
ترموستات برای تشخیص دمای روغن در حال گردش در حین انجام آزمایش می‌باشد. اگر ترموستات را در دمای مشخصی تنظیم کنیم، درصورتیکه دمای روغن در حال گردش از این مقدار بیشتر گردد، سیستم خود کنترل برای آن که دمای روغن را به حد مطلوب برساند موجب باز شدن بیشتر دریچه ترموستاتیکی آب می‌شود، بدین‌ترتیب آب بیشتری را در سیستم به جریان می‌اندازد و موجبات خنک‌سازی روغن هیدرولیکی را فراهم می‌سازد.

و- سیستم خنک‌کننده (cooler)موتور پمپ دستگاه
سیستم خنک‌کننده که برای خنک‌سازی روغن هیدرولیکی آن بکار می‌رود از نوع IPH۴/۳۲ است، که توانایی گردش ۵۰ لیتر بر دقیقه آب را در سیستم دارا است. قدرت این موتور پمپ در حدود ۳ اسب بخار است.
 
ز- روغن هیدرولیکی دستگاه
از روغن نوع Shell Tellus ۳۷ که متناسب با کارکرد فیلترهای دستگاه است، برای تأمین نیروی هیدرولیکی استفاده می‌شود.

ح- فیلتر
قسمت تأمین‌کننده نیروی هیدرولیکی دستگاه قبل از دریچه خودکار دارای یک سری فیلتر می‌باشد، که این فیلترها برای تعیین شاخص آلودگی روغن در سیستم بکار می‌روند. این فیلترها قابل تعویض هستند.اگر درجه اسیدی بودن روغن از حد mgKo H/g ۰.۵ بیشتر شود باید روغن هیدرولیکی مورد استفاده در سیستم را تعویض نمود. برای تعیین درجه اسیدی روغن باید روغن را هر ۶ ماه بوسیله آزمایش‌های تعیین درجه اسیدی آزمایش نمود.

 
قاب بارگذاری دستگاه
 


این دستگاه دارای دو تیر صلب می‌باشد، یکی در قسمت بالای قاب بارگذاری دستگاه است که قابلیت حرکت به سمت بالا و پایین را دارا بوده و بدین‌ترتیب قادر است بار را بصورت کششی یا فشاری به نمونه وارد کند. این تیر دارای سنسورهایی است که اطلاعات مربوط به آزمایش که از جنس نیرو و تغییر مکان هستند را به مبدل دستگاه منتقل می‌کند. تیر عرضی دیگر در قسمت پایین قاب بارگذاری قرار دارد و بیشتر نقش تکیه‌گاه را برای نمونه‌های آزمایش بر عهده دارد.
قاب بارگذاری امکان بارگذاری فشاری را تا حد ۱۰۰ تن و بار کششی را در حد ۱۲۰ تن دارا می‌باشد، ضمناً بار را می‌توان با نرخ ۰.۰۰۱ میلیمتر بر ثانیه بر نمونه وارد نمود.نیروی هیدرولیکی لازم برای حرکت تیر عرضی در قسمت بالای قاب بارگذاری به سمت پایین یا بالا برای وارد کردن نیرو به نمونه‌های سنگی توسط یکسری شلنگ متصل به پشت قاب دستگاه تأمین می‌شود. این شلنگ‌ها در سر دیگرشان به قسمت تأمین‌کننده نیروی هیدرولیکی دستگاه متصل هستند.یکی از امکانات این دستگاه، توانایی تعویض فک‌ها می‌باشد. این قابلیت امکان انجام آزمایش‌های مختلف و متنوعی را توسط دستگاه فراهم می‌سازد. در انجام آزمایش‌های مختلف از نوع فشار یا کشش یا خمش باید از فک‌های مختلف و متناسب استفاده شود. در ذیل توضیحاتی در خصوص فک‌های مورد نیاز برای آزمایش‌های مختلف ارائه خواهد شد.

الف- فک‌های آزمایش خمش سه نقطه‌ای برای این آزمایش می‌توان از فک‌های استوانه‌ای شکل بهره گرفت. از طریق فک (استوانه) بالا فشار لازم به نمونه‌های سنگی وارد می‌شود و دو استوانه پایین نیز نقش تکیه‌گاه را بر عهده دارند.

ب- فک‌های آزمایش خمش چهار نقطه‌ای برای این آزمایش نیز می‌توان از فک‌های استوانه‌ای مشابه فک‌های آزمایش خمش سه نقطه‌ای بهره گرفت.بدلیل اینکه در تجهیزات دستگاه تنها فک استوانه‌ای بشکل تک وجود دارد، لذا فک‌های استوانه‌ای دوبل برای اعمال بار فشاری در آزمایشگاه طراحی و ساخته شده است.
ج- فک‌های آزمایش فشاری تک محوری، سه محوری و برزیلی برای آزمایش‌هایی همچون تک محوری، سه محوری و برزیلی که اساساً از نوع آزمایش‌های فشاری هستند باید از فک‌های فشاری دستگاه استفاده نمود. این فک‌ها شامل دو دیسک با قطر ۳۰ سانتیمتر و ضخامت ۴ سانتیمتر هستند که بر روی دو صفحه مستطیلی‌ شکل با طول ۷۵ سانتیمتر و عرض ۳۰ سانتیمتر و ضخامت ۶ سانتیمتر قرار می‌گیرند. این صفحات مستطیلی شکل نیز به تیرهای عرضی بالا و پایین دستگاه متصل می‌شوند.

د- فک‌های آزمایش کشش مستقیم از آنجاییکه آزمایش کشش مستقیم به تعداد محدودی در دنیا انجام شده است، دستگاه فاقد فک‌هایی از نوع بارگذاری کششی بود. در نتیجه در آزمایشگاه فک‌های مورد لزوم برای آزمایش کشش مستقیم طراحی و ساخته شد.

این فک‌ها دارای دو تسمه فولادی مستطیلی شکل بوده که در دو انتهای خود دارای دو سوراخ به قطر ۱۴ میلیمتر هستند. از طریق دو پیچ این دو تسمه به صفحات دایره‌ای شکلی، که خود به تیرهای دستگاه متصل هستند، وصل می‌شوند. این تسمه‌ها از سر دیگر به صفحات مخروطی متصل می‌شوند. نمونه‌های سنگی استوانه‌ای با کمک چسب از دو سمت به کلاهک‌های دایره‌ای شکل چسبانده می‌شوند و کلاهک‌ها نیز با کمک پیچ به صفحات مخروطی شکل فوق‌الذکر در بالا و پایین دستگاه متصل می‌شوند.

 
دستگاه آزمایش بار نقطه‌ای



این دستگاه شامل سیستم بارگذاری، فک‌ها، وسیله اندازه‌گیری بار و وسیله اندازه‌گیری جابجایی بین دو رأس فک‌ها می‌باشد که در ذیل به شرح هر یک از این قسمت‌ها پرداخته می‌شود:

 الف- سیستم بارگذاری
این سیستم شامل یک جک بارگذاری بهمراه فک‌هایی قابل تنظیم است که امکان انجام آزمایش روی نمونه‌های سنگی با ابعاد مختلف را فراهم می‌سازد. این محدوده بین ۳۰ تا ۸۰ میلیمتر بوده و بنابراین فاصله فک‌ها برای نمونه‌های کوچک و بزرگ قابل تنظیم است.این دو فک زاویه مخروطی ۶۰ درجه و شعاع انحنای ۵ میلیمتر دارند. این فک‌ها از فولاد سخت ساخته شده‌اند تا در حین آزمایش آسیب نبینند. فک بالایی ثابت و فک پایینی متحرک است.

ب- سیستم اندازه‌گیری بار:
شامل یک گیج فشار برای اندازه‌گیری بار در لحظه شکست می‌باشد. از آنجاییکه گسیختگی اغلب بصورت ناگهانی اتفاق می‌افتد برای ثبت بار در این لحظه یک عقربه بار حداکثر وجود دارد.

ج- سیستم اندازه‌گیری جابجایی:
برای اندازه‌گیری فاصله بین رئوس فک‌ها، دستگاه مجهز به وسیله اندازه‌گیری (خط‌کش) می‌باشد.


 
دستگاه آزمایش برش مستقیم



این دستگاه شامل:
الف- جعبه برش: که نمونه داخل آن قرار می‌گیرد.
ب- وسیله اعمال بار قائم: که بار را به شکل یکنواخت به صفحه آزمایش اعمال می‌نماید بطوریکه از مرکز سطح گذشته و بر آن کاملاً عمود باشد.
ج- وسیله اعمال بار برشی: که بار برشی را بطور یکنواخت به یک نیمه نمونه اعمال می‌نماید.
د- تجهیزات اندازه‌گیری مستقل نیروهای قائم و برشیه- تجهیزات اندازه‌گیری مستقل جابجایی‌های قائم و برشی (جانبی)

 
دستگاه آزمایش خزش



این دستگاه شامل قسمت‌های ذیل می‌باشد:
الف- وسیله بارگذاری: که بار مورد نیاز آزمایش را ظرف ۲۰ ثانیه به نمونه وارد می‌کند و آن را در طول آزمایش ثابت نگه می‌دارد.
ب- محفظه سه محوری: محفظه‌ای است که نمونه داخل آن تحت فشار جانبی و بار محوری قرار می‌گیرد. این محفظه مجهز به شیرهای اطمینان، مسیر ورودی برای پر کردن محفظه، لوله‌های لاستیکی، گیج‌ها و سایر دریچه‌ها است.
ج- غشاء انعطاف‌پذیر: این غشاء، نمونه سنگ و صفحات فلزی بالا و پایین آن را در بر می‌گیرد تا از نفوذ سیال محصورکننده به داخل نمونه جلوگیری کند.
د- وسیله اعمال و ثابت نگه‌داشتن فشار جانبی: این سیستم قادر است فشار جانبی مورد نیاز آزمایش را تولید و آن را در طول آزمایش ثابت نگه دارد.
ه- سیال محصورکننده
و- صفحات فولادی: دو صفحه فولادی قرصی شکل که در بالا و پایین نمونه قرار می‌گیرند تا بار محوری از طریق آنها به نمونه اعمال شود.
ز- کرنش‌سنج: برای اندازه‌گیری کرنش یا تغییرشکل‌های محوری
دستگاه آزمایش دوام



این دستگاه شامل بخش‌های ذیل می‌باشد:
الف- ظرف استوانه‌ای مشبک که از تور سیمی ۲ میلیمتری ساخته شده است. این استوانه دارای ۱۰۰ میلیمتر طول و ۱۴۰ میلیمتر قطر می‌باشد.
ب- تشت آب بطوریکه ظرف استوانه‌ای متصل به محور افقی دوار را در بر می‌گیرد. زمانیکه تشت از آب پر می‌شود فاصله سطح آب تا محور دوران ظرف استوانه‌ای ۲۰ میلیمتر می‌شود. عمق تشت نیز به اندازه‌ایست که کف آن از ظرف استوانه‌ای ۴۰ میلیمتر فاصله دارد.
ج- موتور متحرک که ظرف استوانه‌ای مشبک را با سرعت ۲۰ دور در دقیقه می‌چرخاند.
اون (گرم‌خانه)



بدنه اصلی اون از جنس فولاد و رنگ کوره‌ای است و بدنه داخلی آن از سینی‌های آلومینیومی تشکیل شده است. ظرفیت این اون ۲۵۰ لیتر بوده و قادر به تولید و نگهداری درجه حرارت ۲۰۰ درجه سانتی گراد بوده و مجهز به فن سیرکولاسیون می‌باشد.

 
ترازوهای دیجیتالی



شامل دو ترازوی دیجیتال، یکی با دقت ۰.۱ گرم و ظرفیت ۶ کیلوگرم و دیگری با دقت ۵ گرم تا وزن حداکثر ۱۵ کیلوگرم و دقت ۱۰ گرم تا وزن بین ۱۵ تا ۳۰ کیلوگرم می‌باشد.

کرنش‌سنج به منظور اندازه‌گیری تغییر‌ شکل‌ها یا کرنش‌های محوری و جانبی دو دستگاه کرنش‌سنج با گیج‌های عقربه‌ای مورد استفاده قرار می‌گیرد. دقت این کرنش‌سنج‌ها ۰.۰۰۲۵ میلیمتر است.

علاوه بر دستگاه‌های ذکر شده تجهیزات دیگری از جمله دستگاه برش سنگ، دستگاه مغزه‌گیر، دستگاه تأمین فشار جانبی، سلولهای سه محوری در ابعاد ۱۱۰*۵۴ و۱۵۰*۷۵ میلیمتر در آزمایشگاه موجود می‌باشد.
دستگاه برش سنگ


 
دستگاه مغزه‌گیر برای تهیه نمونه‌های سنگ


 
دستگاه تأمین فشار جانبی
 



 
چشم‌انداز فعالیت‌های پیش‌رو

الف- انجام آزمایش‌های دینامیکی با کمک دستگاه خود‌کنترل
دستگاه خود‌کنترل دارای قابلیت بارگذاری دینامیکی نیز می‌باشد. بمنظور راه‌اندازی دستگاه و بکارگیری این قابلیت در مطالعه رفتار دینامیکی سنگ‌ها، انجام آزمایش‌های دینامیکی بر روی نمونه‌های سنگی در دستور کار قرار گرفته است.

ب- تهیه وسایل لازم برای تشریح سنگ
مطالعه میکروسکوپی سنگ‌ها، اهمیت زیادی در مهندسی سنگ دارند. بافت و نحوه قرارگیری کانی‌ها در کنار یکدیگر، درصد کانی‌های خاص در سنگ، ابعاد کانی‌ها، درجه هوازدگی یا دگرسانی و نحوه پراکندگی ریز‌ترک‌ها از جمله پارامترهایی هستند که رفتار مهندسی سنگ‌ها را تحت کنترل خود دارند، از این‌رو تجهیز آزمایشگاه به وسایل تشریح سنگ، در دستور کار قرار گرفته است.

 ج- تهیه سنسورهای تغییر‌مکان (LVDT) و دیتالاگر
به منظور بالا بردن دقت اندازه‌گیری و همچنین ثبت دقیق کرنش‌ها یا تغییر‌ شکل‌های جانبی و محوری، بجای استفاده از گیج‌های عقربه‌ای و یادداشت قرائت‌ها، استفاده از دستگاه دیتالاگر با قابلیت حفظ و نگهداری کلیه اطلاعات ورودی به سیستم از سنسورهای تغییر‌مکان (LVDT) مورد نظر می‌باشد.

د- تهیه دستگاه التراسونیک
از آنجاییکه امروزه استفاده از روش‌های دینامیکی برای برآورد دقیق و سریع ثابت‌های الاستیک در مهندسی سنگ کاملاً پذیرفته شده است و همچنین با توجه به غیر‌مخرب بودن این آزمایش‌ها، تهیه دستگاه التراسونیک برای اندازه‌گیری سرعت صوت و ثابت‌های الاستیک دینامیکی مدنظر قرار گرفته است. 

ه- تهیه تجهیزات لازم برای آزمون‌های صحرایی
علیرغم اهمیت زیاد آزمون‌های آزمایشگاهی و ضرورت انجام آنها در عملیات مهندسی، نتایج حاصل از این آزمون‌ها بعلت تفاوت اساسی رفتار توده سنگ با سنگ بکر، مقادیر مناسبی نبوده و نمی‌توان آنها را در تبیین دقیق رفتار توده سنگ و تحلیل عملکرد آن بکار گرفت، بهمین جهت آزمون‌های صحرایی یا برجای توده سنگ از جایگاه ویژه و با اهمیتی در مهندسی سنگ برخوردارند. از این‌رو تهیه تجهیزات لازم برای آزمون‌های صحرایی سنگ برای رسیدن به یک تحلیل جامع از رفتار سنگ‌ها در برنامه‌های آزمایشگاه مکانیک سنگ قرار گرفته است.
 

دفعات مشاهده: 364 بار   |   دفعات چاپ: 40 بار   |   دفعات ارسال به دیگران: 0 بار   |   0 نظر