Диссертация (1150727), страница 5
Текст из файла (страница 5)
В режиме сопротивления напряжение нанагрузке имеет прямоугольную форму (рис. 1.7г), а его амплитуда равнаU mR = ia R =ε 0V ' SRT.(1.11)В режиме емкости напряжение на конденсаторе C нагрузки имеет треугольнуюформу (рис. 1.7в), так как оно пропорционально заряду конденсатора и, следовательно, интегралу тока:UC =Q 1=idt .C C∫(1.12)24Амплитуда напряжения на нагрузке в этом режиме равнаU mC =iaT ε 0V ' S=, [8].CC(1.13)Электростатические флюксметры ротационного типа, принцип действия которых рассмотрен выше, разрабатываются в Главной геофизической обсерваторииим.
А.И. Воейкова. В качестве важных преимуществ их использования следуетотметить, что они требуют меньшего сопротивления изоляции (не создают благоприятных условий для пробоя) и не потребляют энергии измеряемого поля [8].Поэтому в данной работе для измерения градиента потенциала электрическогополя у поверхности земли использовался электростатический флюксметр «Поле2М» [21].На рис. 1.8 представлена схема подсистемы регистрации атмосферногоэлектрического поля, в состав которой входит датчика «Поле-2М» и блок регистрации.
Флюксметр состоит из первичного и вторичного преобразователей. Цельпервого – преобразование потока электростатической индукции измеряемого поляв переменный ток i , второго – преобразование переменного тока i в постоянноенапряжение или ток. Первичный преобразователь датчика «Поле-2М» приведенна рис. 1.9.Рис. 1.8. Схема подсистемы регистрации АЭП. Пр.1, Пр.2 – первичный ивторичный преобразователи датчика «Поле-2М», АЦП – аналого-цифровойпреобразователь, ПРД – программа регистрации оцифрованных данных.Блок регистрации подсистемы АЭП содержит 14-ти разрядный аналогоцифровой преобразователь выходного сигнала с датчика «Поле-2М» и программурегистрации оцифрованных с него данных. Эти данные формируются в видесуточных файлов и записываются на жесткий диск персонального компьютера.25Измеряемой величиной является градиент потенциала V ' электрического поля,который регистрировался 1 раз в 4 с.Рис. 1.9.
Датчик «Поле-2М», установленный в пункте наблюдений «Микижа».1.2. Акустическая эмиссия приповерхностных пород1.2.1. Источники и условия распространения упругих волн в горных породахЯвление акустической эмиссии (АЭ) заключается в генерации упругих волнв твердых телах в результате локальной перестройки их структуры.
Главные источники АЭ – процессы пластической деформации, связанные с появлением,движением и исчезновением дефектов кристаллической решетки (дислокаций),возникновением и развитием микро- и макротрещин; трением (в том числе«берегов» трещины друг о друга); фазовыми превращениями в твердом теле [27].Теория дислокаций подробно рассмотрена как на микро- [39], так и намакроуровнях [3, 96].В твердом теле АЭ проявляется в виде отдельных импульсов, возникновение которых объясняется на примере механических разрушений в лабораторныхусловиях. Процесс нагружения образца происходит значительно медленнее, чемраспространение импульса в образце.
При этом внутренние напряжения в нем26распределяются неравномерно, поскольку по конструкции и внутренней структуре исследуемые образцы всегда неоднородны. В некоторой области твердого телалокальные напряжения достигают предельного значения, и возникает разрыввнутренних связей. В результате происходит снятие (релаксация) напряжения вэтой области.
Накопленная здесь энергия быстро выделяется, и определенная доля ее излучается в виде упругого импульса – сигнала АЭ. Упругие колебания иволны в разных частотных диапазонах имеют свои называния (табл.1.1) [27].Таблица 1.1 Диапазоны частот упругих колебаний [27].НазваниеколебанийКачественноеопределениеЧастота, ГцФизическийУсловныйдиапазондиапазонИнфразвукНиже границыслышимостиНиже 16…25Ниже 20ЗвукДиапазон слышимостиОт 16…25 до(15...20)*10320...20*103УльтразвукВыше границыслышимости3От (15...20)*10до 1*10920*103...1*109ГиперзвукДлина волны меньшедлины свободногопробега молекул воздухаВыше 1*109Выше 1*109Упругие волны в жидкостях характеризуется изменением давления p илиплотности, смещением частиц из положения равновесия u , скоростью колебательного движения v , потенциалом смещения χ или колебательной скоростьюϕ .
Совокупность этих величин называют волновым полем. Распространение волны – это изменение волнового поля во времени. Все перечисленные величинывзаимосвязаны: u = grad χ ; v = gradϕ ; v = ∂u / ∂t ; v = ρ∂ϕ / ∂t , где ρ – плотностьсреды, t – время [27].Акустическое поле в твердых телах имеет гораздо более сложный вид, чем вжидкостях. Это объясняется тем, что твердые тела имеют не только упругостьобъема, как жидкости, но также упругость формы (сдвиговую упругость).
Поэтому, для твердых тел вместо давления вводят понятие напряжения, т. е. силы, отнесенной к единице поверхности [27].27Напряженное состояние твердого тела, характеризуется тензором напряжения третьего ранга (1.14) – таблицей из девяти чисел компонентов σ ij , где i и jпринимают значения осей координат x , y , z .
Первый индекс обозначает направление силы, а второй – плоскость, к которой она приложена. Компоненты σ xx ,σ yy , σ zz – это нормальные (растягивающие или сжимающие) напряжения, компоненты σ xy , σ yz и другие – касательные или тангенциальные (сдвиговые)напряжения. Этот тензор является симметричным: в нем σ ij = σ ji [27, 83]. σ xx σ xyσ = σ yx σ yy σ zx σ zyσ xz σ yz .σ zz (1.14)В жидкостях не существует упругости формы, поэтому тангенциальныекомпоненты тензора напряжения отсутствуют, а нормальные компоненты равныдруг другу и давлению с обратным знаком. Давление имеет знак минус, потомучто напряжение считают положительным, когда оно растягивающее, а давлениесчитают положительным, когда оно сжимающее [27].Колебания в твердом теле помимо величин σ ji , ui и χi , часто характеризуют деформацией – изменением взаимного положения ∂u точек тела.
Для приведения деформации к безразмерной величине изменение ∂u относят к первоначальному расстоянию между точками. Если точки сдвинулись вдоль отрезка, ихсоединяющего, то это деформация растяжения-сжатия, если перпендикулярно котрезку – деформация сдвига. В результате деформация имеет вид тензора ε ij(1.15), аналогично тензору напряжений ε xxε = ε yx ε zxε xy ε xz ε yy ε yz ,ε zy ε zz (1.15)где ε ii – деформации растяжения-сжатия и ε ij – сдвиговые деформации имеютвид28ε xx =ε yy =ε zz =∂u x∂x∂u y∂y∂u z∂zε xy = ε yx =∂u y∂x+∂u x,∂yε yz = ε zy =∂u z ∂u y+,∂y∂zε zx = ε xz =∂u x ∂u z+.∂z∂xДля жидкостей деформации сдвига отсутствуют, а деформации растяжениясжатия по всем направлениям одинаковы [27].Напряжения, действующие на элементарный объем твердого тела, могутбыть выражены в виде линейной комбинации деформаций.
Когда деформациималы, их связь с напряжениями определяется законом Гука, согласно которомуданная деформация прямо пропорциональна обусловившему ее напряжению. Если существует несколько напряжений, то каждое из них создает деформации независимо от других; следовательно, полная деформация равна сумме деформаций,вызванных отдельными напряжениями. Это значит, что каждая деформация является линейной функцией всех напряжений и наоборот. В общем случае закон Гукаприводит к сложным соотношениям, но если среда изотропна, т.е.
ее свойства независят от направления, его можно выразить в относительно простой формеσ ij = δ ij Λε ii + 2 µε ij ,(1.16)1 i = jгде δ ij – символ Кронекера: δ ij = , Λ и µ – константы Ламе. Коэффици0 i ≠ jент µ называется жесткостью или модулем сдвига, он определяет зависимостьсдвиговой деформации от касательного (сдвигового) напряжения [82].Несмотря на то, что закон Гука находит широкое применение, он не выполняется для больших напряжений. При напряжениях, превышающих предел упругости, закон Гука уже более не справедлив и деформации нарастают быстрее. Деформации, которые возникли при напряжениях, превышавших этот предел, не исчезают полностью при их снятии [82]. При дальнейшем росте напряжений можетбыть достигнут предел пластичности, когда начинается пластическое течение, и29переход к пластическому режиму может привести к уменьшению деформации.Некоторые материалы разрушаются, не проходя стадию пластического течения.Поведение некоторых веществ под воздействием напряжений меняется современем.
При установившихся напряжениях такие вещества вначале испытывают ползучесть и в конце концов разрушаются. При снятии напряжения деформация ползучести не исчезает.Волновое уравнение для твердого тела можно вывести с помощью второгозакона Ньютона, применяя его к элементарному объему dxdydz .
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
