Способ определения скорости развития зародышевой трещины и ее стартовой длины Советский патент 1988 года по МПК E21B49/00 

4:

О СХ)

о ел

со

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано для определения размеров зародышевых трещин и изучения изменения скорости их роста в процессе разрушения горных пород.

Цель изобретения - повышение точности определения скорости развития 1ревой трещины и определение ее стартовой Длины.

I На фиг. 1 представлена схема нагруже- ния образца и расположение датчиков; па оиг. 2 - эталонные кривые зависимости скорости развития зародыщевой трещины (кри- Е.ая 1) и напряженности электрической составляющей импульса (кривая 2) от времени; :a фиг. 3 - экспериментальноя осциллограм- мз импульса электромагнитной эмиссии при |вижeнии трещины в образце песчаника. I Способ осуществляется следующим об- |азом.

Исследуемь й образец 1 медленно нагру- | ается до начала развития .магистральной фещины (фиг. 1). Антенна 2 накладыается hja образец таки.м образом, чтобы ее плос- Иость была по возможности параллельна к к|аправлению предполагаемого развития ма- г|истральной трещины (в этом направлепии Импульс максимален). Изолятор 3 служит Для электрической изоляции антенны от па- Г1ружающего устройства. Через усилитель 4 1 фильтр 5 сигнал поступает на осцилло- раф 6 и записывается в реально.м масщта- пе времени. Фильтр 5 служит при этом для к|омпенсации помех про.мышленных частот и собственных шумов усилителя 4. Начальный УМЯСТОК записанной кривой (фиг. 2, кривая ) в реальном масштабе времени отражает .х|арактер возрастания скорости на участке ускоренного движения трещины. При этом к|оличественная зависимость скорости V дви- ения трещины от времени имеет следующий

V{),, ,

t.«dKC.

где ECi)-зафиксированная напряженность электрической составляющей импульса от времени; 4кс-максимальная скорость движения

трещины, м/с; ЕМДКС-максимальное значение электрической составляющей электрома - нитного импульса; -реальное время, с.

Для на.чождения стартового размера за- родыщевой трещины (2ао) записанный сигнал E(t) строится в безразмерных координатах Ё и 1 - в виде зависимости Е

Ло

- f( -i--%f) таким образом, что за-

Ема««.

фиксированная кривая совпадает на начальном участке с эталонной (кривая 2 на фиг. 2).

0

5

0

0

5

5

5

0

0

5

Тогда за стартовый размер зародышевой трещины принимают значение 2ао.

Предлагаемый способ позволяет количественно оценить скорость роста трещин на участке их ускорения в непрозрачных материалах. При этом разрешающая способность способа существенно выгие, чем во всех известных способах регистрации скорости тре- ш,ин, так как для этой цели используется естественный электромагнитный импульс, и.злучаемый движущейся трещиной, скорость распространения которого на пять порядков выше, чем скорость упругой волны. Поэтому минимальное вре.мя разрешения ограничено лишь воз.можностью записывающих осциллографов. Для современных типов осциллографов оно равно 10 с.

Пример. При нагружении образцов песчаника определяют средневзвешенное значение максимальной скорости движения трещин в образцах путем регистрации начального мо.мента образования трещины и последующей регистрации промежутков времени продвижения трещины через определенные, тарированные по длине участка поверхности образца, (по известно.му способу) оно равно

У„, 100 м/с.

НАи

При разрушении образца песчаника по схеме, изображенной на фиг. 1, записывают импульсы электромагнитного излучения, соответствующий движению магистральной отрыва, разделяющий образец на две части (сЬиг. 3, кривая 3, для данной кривой реальное вре.мя t по оси абсцисс отсчитывают в микросекундах). Начальный участок данного импульса характеризует быстроту роста скорости тре1дины, количественная зависимость скорости от времени и.меет вид

V(t) .100, м/с.

Ь к&ке.

На фиг. 3 началь)1ый участок эталонной кривой отражает количественную сторону процесса роста скорости. В частности, из анализа данной зависимости можно сделать вывод о том, что за время около 7,5 мкс скорость развития трещины возрастает примерно до значения 75 .м/с.

Для нахождения размеров стартовавшей зародышевой трещины кривая строится в безразмерных координатах

F - Е f/ iao-t Е..

причем параметр а подбирается таким образом, что эталонная (кривая 4, фиг. 3) и экспериментальная (кривая 3, фиг. 3) кривые совпадают на начально.м свое.м участке. В результате построения значение а оказывается равным 10 м. Таки.м образом, значение стартовой долины зародыщевой трещины оавно 210 м.

Формула изобретения

Способ определения скорости развития зародышевой трещины и ее стартовой длины, вк тючающий нагружение образца горной породы, регистрацию упругой волны, характеризующей момент образования трещины, и последующую регистрацию промежутков времени продвижения трещинЕ через определенные участки поверхности образца, по которым определяют максимальную величину скорости движения трещины, отличающийся тем, что, с целью повыщения точности определения скорости развития заро- дыщевой трещины и определения ее стартовой длины, дополнительно регистрируют импульс естественного электромагнитного излучения, возникающий в момент старта трещины, а скорость развития трещины и стар товый размер зародышевой трещины определяют по формуле

f)

Ct)

).

где Vf -скорость развития трещины, м/с; E(t) -зафиксированное значс1и1с элскт- рическот; составляющей электромагнитного импульса от времени; Ек4 с максимальное значение электрической составляющей э..ектромаг- н и т н о г о им пул ьс а; У« ке максимальная скорость движении

трещины, м/с; t -реальное время, с;

Ла -полов1 ьа стартовою зародышевой трещины, у.

Изобретение относится к горному делу. Цель изобретения - повышение точности определения скорости развития зародышевой трещины и определение ее стартовой длины. Исследуемый образец горной породы нагружают до начала развития магистральной треш.ины. Регистрируют упругую волну, характеризующую момент образования трещины. В последующем регистрируют промежутки времени продвижения трещины через определенные участки noBep.xtiocTH образца. По последним определяют максимальную величину движения трещины. Дополнительно регистрируют импульс естественного электромагнитного излучени.я, возникший в момент старта трещины. Скорость развития трещины и стартовый размер зародышевой трещины определяют по известной формуле. Данный способ позволяет количественно оценить скорость роста трещин на участке и.к ускорения в непрозрачных материалах. Используемый в способе электромагнитный импульс, излучаемый трещиной, имеет скорость распространения на пять порядков выше, чем скорость упругой волны. 3 Hvi. (Л

/F-f

-г

«OTirC

0,3

1,00

0,6

0,75

Q,

0.50

О.г- 0,25

10 го

ф1/2. 1

30

031/г. Z

/r-l

йо

10

сриг.З

50

f do