Разработка ультразвукового спектрального метода анализа зернистой структуры горных пород
Практическая ценность работы состоит в разработке ультразвукового спектрального метода анализа зернистой структуры горных пород, позволяющего по экспериментально полученной зависимости коэффициента затухания продольных упругих волн от частоты определить средний размер зерна и дисперсию этого размера, а также в разработке широкополосных пьезоэлектрических сферически вогнутых преобразователей для… Читать ещё >
Содержание
- Глава 1. Анализ современного состояния проблемы ультразвуковой структуроскопии горных пород
- 1. 1. Минеральное зерно как элемент структуры горных пород
- 1. 2. Взаимосвязь зернистой структуры горных пород и их физико-механических свойств
- 1. 3. Современное состояние традиционных методов и средств оценки размеров минерального зерна в горных породах
- 1. 4. Состояние и проблемы оценки размеров структурных элементов геоматериалов на основе использования принципов акустической спектроскопии
- 1. 4. 1. Акустическая спектроскопия и ее использование для оценки структурных неоднородностей синтезированных и природных материалов
- 1. 4. 2. Состояние исследования частотнозависимого затухания ультразвуковых волн в горных породах
- 1. 4. 3. Характеристика проблем широкополосного излучения и приема ультразвуковых колебаний и идентификации зернистой структуры геоматериалов по данным ультразвуковой спектроскпии
- 1. 5. Выводы и постановка задач исследований
Глава 2. Теоретическое исследование возможностей построения широкополосного электроакустического тракта для акустической спектроскопии горных пород с использованием сферически вогнутых преобразователей
2.1 Физические основы широкой полосы пропускания сферически вогнутых преобразователей.
2.2 Расчет электроакустического тракта излучающего сферически вогнутого преобразователя при прозвучивании горных пород.
2.3 Расчет полного электроакустического тракта спектрального метода прозвучивания с использованием сферически вогнутых преобразователей.
2.4 Анализ работы электроакустического тракта ультразвуковой спектроскопии горных пород с использованием сферически вогнутых преобразователей.
2.5 Выводы по главе.
Глава 3. Теоретические предпосылки ультразвуковой спектроскопии зернистой структуры горных пород.
3.1 Разработка теоретической модели расчета коэффициента затухания продольных волн в горных породах вследствие их рэлеевского и фазового рассеяния на элементах зернистой структуры.
3.2 Модель рассеяния упругих волн, учитывающая статистическое распределение средних размеров зерен.
3.3 Численные оценки коэффициента затухания продольных волн при рассеянии в горных породах.
3.4 Численные оценки влияния связанного с рассеянием затухания продольных волн в горных породах на спектр принимаемого сигнала.
3.5 Выводы по главе.
Глава 4. Экспериментальная проверка и методические вопросы ультразвукового спектрального метода анализа зернистой структуры горных пород.
4.1 Экспериментальные исследования электроакустического тракта ультразвуковой спектроскопии горных пород с использованием сферически вогнутых преобразователей
4.2 Алгоритм идентификации параметров зернистой структуры горных пород по экспериментальным данным ультразвуковой спектроскопии.
4.3 Экспериментальная проверка ультразвукового спектрального метода анализа зернистой структуры горных пород.
4.4 Выводы по главе.
Список литературы
- Исаенко М.П. Определитель текстур и структур руд. М., Недра. 1983.
- Ершов В.В., Новиков A.A., Попова Г. Б. Основы геологии: Учебник для вузов. М.: Недра, 1986.
- Михайлов А.Е. Структурная геология и геологическое картирование. М.: Недра, 1984.
- Павликов В.Н. Структурная геология и геологическое картирование с основами тектоники. Часть1 Структурная геология. М.: Недра, 1979.
- Григорьев Д.П. Онтогения минералов Львов, Изд. Львовского ун-та, 1961.
- Текстуры и структуры руд /Е.Г. Бетехин, А. Д. Генкин, A.A. Филимонов, Т.Н. Шадлун/М.: Госгеолтехиздат, 1958.
- Новик Г. Я., Зильбершмидт М. Г. Управление свойствами пород в процессах горного производства. М. Недра, 1991.
- Ржевский В.В. Физико-технические параметры горных пород. М., Наука 1975,180 с.
- Методы минералогических исследований. Справочник Под. ред. А. И. Гинзбурга. М. Недра, 1985.
- Зильбершмидт М.Г., Заворыкина Т. К. Методы анализа структурного состояния горных пород. М.: МГИ, 1989.
- Современная кристаллография /под ред. Б.К. Ванштейна/ T.I. М.: Наука, 1978.
- Китайгородский А.И. Теория структурного анализа. М.: АН СССР, 1957 -284 с.
- Геология и петрография калийных солей Белоруссии. Минск: Наука и техника, 1969.
- Свойства горных пород и методы их определений /Под ред. М.М. Прото-дьяконова/ М.: Недра 1969.
- Brace W.F. Dependence of fracture strerge of rocks on grain size. //Bulletin of the Mineral Industries Experiment Station, Mining Engineering Series. Rock Mach,.1961, 76, pp. 99−108.
- Штумпф Г. Г., Рыжков Ю. А., Шаламанов В. А., Петров А. И. Физико-технические свойства горных пород и углей Кузнецкого бассейна: справочник. -М.: Недра, 1994.
- Fredrich I.T., Evans В., Wong T.-F. Effect of grain site or briffle and semiborif-fle strength: Imlica tions for micromechanical modeling of failure in compression. // Journal of Geophysical Research, 1990, v.95, № 37, pp. 10 907−10 920.
- Карташов Ю.М., Матвеев Б. В., Михеев Г. В., Фадеев А. Б. прочность и деформируемость горных пород. М.: Недра, 1979.
- Проскуряков Н. М. Пермяков Р.С., Черников А. К. Физико-механические свойств соляных горных пород Л.: Недра, 1973.
- Ржевский В.В., Новик Г. Я. Основы физики горных пород М.: Недра, 1984 .
- Hatzor Y.H., Palchik V. The influence of grain size and porosity on crock initiation stress and critical flau length in dolomites// Jntern. Journal of Rock Mechanics, Mining Science and Geomechanics, 1997, V.34, № 5 pp. 805−816.
- Hugman R.H., Friedman M. Effects of texture and composition on mechanical behaviors of experimentally deformed carbonade rocks // The American Association of Petroleum Geologists bulletin, 1979, v.63, № 9, pp. 1478−1489.
- Olsson W.A. Grain size dependence of yield stress in marble //Journal of Geophysical Research, 1974, v. 79, № 32, pp. 4859−4862.
- Wong R.H. Chon K.T., Wong P. Microcroching and grain size effects in Inen Long marbles// Jntern. Journal of Rock Mechanics, 1996, v.33,№ 5, pp. 479−485.
- Eberhardt E., Stimpson В., Stead D. Effect of grain size on the initiation and propagation thresholds of stress induced briffle fractures. // Rock Mechanics and Rock Engineerig, 1999, v.32, № 2, pp. 81−99.
- Ямщиков B.C. Волновые процессы в массиве горных пород. М.: Недра, 1984.
- Лосева Т.И. Микрорентгеноструктурныйй анализ минералов. М.: Недра, 1977.
- Ржевская C.B. Рентгеновские методы исследования горных пород. М.: МГИ 1978.
- Винокуров В.М. Магнитная и оптическая спектроскопия минералов и горных пород.- Казань: Изд-во КГУ, 1974.
- Бахтин А. И. Горобец Б.С. Оптическая спектроскопия минералов и руд и ее применение в геологоразведочных работах. Казань: Изд-во КГУ 1992.
- Методы оптического исследования минералов. Справочник. под ред. Соболева Р. Н., М.: Недра 1990.
- Грицаенко Г. С., Рудницкая Е. С., Горшков А. И. Электронная микроскопия минералов. М., изд-во АН СССР, 1961.
- Соболев Р.Н. Методы оптического исследования минералов. М.: Недра, 1990.
- Практические методы в электронной микроскопии. Под. Ред. Одри. М Глоэра. -М. Машиностроение, 1980
- Методы минералогических исследований. Справочник. /Под ред. А.И. Гинзбурга/ - М., Недра, 1985.
- Ромм Е.С. Структурные модели порового пространства горных пород Д., Недра, 1985.
- Ямщиков B.C., Шкуратник В. Л. Акустическая спектроскопия массива горных пород. // ФТПРПИ. 1978, № 2. с. 116−123.
- Малинка A.B. Измерение величины и формы дефектов ультразвуковым спектральным методом. Дефектоскопия, 1979 № 1 с. 84−93.
- Методы неразрушающих испытаний /под ред. Шарпа/. М.: Мир. 1976.
- Методы акустического контроля металлов. /Под ред. Н. П. Алешина/ - М., Машиностроение, 1989.
- Вопилкин А. Х. Ермолов И.Н. Стасеев В. Г. Теоретические исследования ультразвукового спектрального метода определения характера дефектов. -Дефектоскопия, 1077, № 6, с.75−84.
- Шератов А.С., Ермолов И. Н. О возможности повышения точности измерения толщины изделий резонансным методом Дефектоскопия, 1976, № 1, с 7−11.
- Токарев В.А., Авербух И. И. применение ультразвуковой спектроскопии для измерения толщины изделий Дефектоскопия № 6, 1968 с 5−6.
- Yee B.G. Application of ultrasonic interference spectroscopy to materials and flaws characterization Materials evaluation, 1975 v. 33 № 8 pp.193−202.
- Ямщиков B.C., Носов B.H., Шкуратник B.JI. Физические основы и аппаратурное обеспечение ультразвуковой спектроскопии крупноструктурных материалов. Труды III Всесоюзной конференции по вопросам ультразвуковой спектроскопии. — Вильнюс, 1976, с. 39 — 42.
- Машарский Б.Н. Оценка характера дефектов, выявленных ультразвуковым дефектоскопом: В сб. научных трудов семинара по физике и применению ультразвука: ЛЭТИ:-Л, 1958, с40−52.
- Gericke O.R. Defect determination by ultrasonic spectroscopy Journal of Metals, 1966, № 8, pp.932−937.
- Gericke O.R. Ultrasonic spectroscopy a new inspection tool. IEE international Convention record, 1965.№ 11 p.46−54.
- Ермолов И.Н. Курс лекций «Методы ультразвуковой дефектоскопии». М. МГИ, 1966 .
- Гуревич А.К., Ермолов И. Н. Ультразвуковой контроль сварных швов. К. Техника, 1972 .
- Вопилкин А.Х., Ермолов И. Н., Иванов В. И. Теоретические исследования широкополосных преобразователей, Дефектоскопия 1977, № 2.
- Шкуратник В.Л. Горная геофизика. Ультразвуковые методы. М.: МГИ, 1990.
- Шкуратник В.Л. Исследование и разработка спектрального метода акустической дефектоскопии природного камня . Дис. на соиск. уч. степени к.т.н. М.: МГИ, 1977.
- Носов В.Н. исследование и разработка статистических методов акустического контроля горных пород. Дис. на соиск. ученой степени к.т.н. М.: МГИ, 1974.
- Блок А.В. Разработка технологических основ геоакустического контроля состояния массива вблизи выработок. Дис. на соиск. уч. Степени к.т.н. -М.: МГИ, 1974.
- Химченко Н.В., Бобров В. А. Неразрушающий контроль в химическом и нефтяном машиностроении. М.: Машиностроение, 1978.
- Приборы для неразрушающего контроля материалов и изделий. Справочник. /Под. ред. В.В. Клюева/, М.: Машиностроение, 1978.
- Ермолин А. А, Разработка комплексного ультразвукового метода выявления трещин в горных породах вблизи обнажений. М.: МГИ, 1991.
- Ямщиков B.C. Методы и средства исследования и контроля горных пород и процессов. М.: недра. 1982.
- Стопский С.Б. Акустическая спектроскопия. JL: Энергия, 1972.
- Алешин Н.П. Физические основы акустических методов контроля. М.: Изд. МВТУ, 1986.
- Чабан И.А. Расчет эффективных параметров микронеоднородных сред методом самосогласованного поля. // Акустический журнал, 1965, № 11, с. 102−109.
- Лившиц И.М., Пархомовский Г. Д. К теории распространения ультразвуковых волн в поликристаллах. //ЖЭТФ, 1950,20,2 с. 175−182.
- Yind С., Trueell. Scatering of a plane longitudinal wave by a spherical obstacle in an isotropicallly elastic solid// J. Appl. Phys. 1956, № 27, pp. 1086−1097.
- Mason W.P. Internal friction at low frequencies due to dislocations: applications to metals and rock mechanics. Physical acoustics. V. VIII J.Acad, press., 1971.
- Hiki Y. Internal friction quartz. J. Phys. Soc. Of Japan, 1960, № 15, pp. 586−592.
- Николаевский В.Н. и др. Механика насыщенных сред. М.: Недра, 1970.
- Ляховицкий Ф.М., Рапопорт Л. И. Применение теории Френкеля-Био для расчета скоростей и поглощения упругих волн в насыщенных пористых средах . Сб. Прикладная геофизика, 1966, вып.66, М. Недра, с. 52−64.
- Данилов В.Н., Ямщиков B.C. Рассеяние продольных упругих волн на совокупности малых сферических неоднородностей. Дефектоскопия, 1984, № 5.
- Кеслер H.A., Шрайфельд Л. И. Исследования рассеяния ультразвука с учетом статистики распределения величин зерен поликристаллических металлов. Дефектоскопия, 1975, № 1, с. 95−100.
- Данилов В.Н. К расчету коэффициента затухания упругих волн при рассеянии в поликристаллических средах. Дефектоскопия, 1989, № 8, с. 1823.
- Данилов В.Н. Теоретические основы акустической спектроскопии структурно-неоднородного массива горных пород при производстве горных работ. Дис. на соиск. уч. степени д.т.н. -М. МГИ, 1990.
- Меркулова В.М. Физические закономерности затухания упругих волн в горных породах и их исследование для целей геоакустики. Дис. на соиск. уч. степени д.ф.-м.н. Л.: ЛГИ, 1979.
- Мягкин В. И. и др. Ультразвуковые исследования скорости и поглощения упругих волн в массиве Rock of the confer, on acoust. of solid media. Warsaw. 1966.
- Силаева О.И., Шамина О. Г. поглощение ультразвука в гранитах. Изв. АН СССР, сергеофиз., 1960, № 9,.с. 1354−1369.
- Воларович М.П., Левкин А. И., Сизов В. П. Исследования затухания упругих волн в образцах горных пород. Изв. АН СССР сер геофиз., 1960, № 8,.с. 1198- 1203.
- Левикин А.И. Затухание ультразвуковых волн в образцах горных пород на различных частотах. Изв. АН СССР сер геофиз., 1962, № 3,.с. 389−391.
- Koltonski W., Maleski J. Ultrasonic method for the exploration of the properties and structure of mineral layers. J. Acoust. 1958, № 8.
- Васильев Ю.И. Две сводки констант затухания упругих колебаний в горных породах. Изв. АН СССР сер геофиз., 1962, № 12,.с. 1095−1098.
- Бочкарева Т.Н. Разработка ультразвукового многочастотного метода и средств контроля состояния приконтурного массива в окрестности выработок. Дис. на соискание уч. степени к.т.н. -М.: МГИ, 1997.
- Шкуратник B.JI., Бочкарева Т. Н. Теория электроакустического тракта при межскважинном прозвучивании горных пород. ФТПРПИ, 1996, № 6 с. 4452.
- Вопилкин А.Х. Расчет и проектирование широкополосных осесимметрич-ных преобразователей переменной толщины Дефектоскопия, 1987 № 4.
- Ермолов И.Н. Теория и практика ультразвукового контроля М., Машиностроение, 1981.
- Королев В.Н., Карпельсон А. Е. Широкополосные ультразвуковые преобразователи. М.: Машиностроение, 1982.
- Ультразвуковые преобразователи для неразрушающего контроля. /под ред. Клюева/ - М. Машиностроение, 1986.
- Домаркас В.Н., Кажис Р. Н. Контрольно-измерительные пьезоэлектрические преобразователи. Вильнюс, «Митис», 1975.
- Вопилкин А.Х. Исследование ультразвукового спектрального метода определения характера дефектов соединений большой толщины и разработка аппаратуры. Дис. на соиск. уч. степени к.т.н. — М. ЦНИИТМАШ, 1974.
- Кесюола А.Ю. Способы увеличения широкополосности акустического тракта дефектоскопических устройств, Дефектоскопия, № 3, 1975.
- Шкуратник B. JL, Ямщиков B.C. Идентификация массива горных пород по результатам измерения спектральных характеристик акустического сигнала. Сб. докладов IX Всесоюзной акустической конференции. М.: АКИН, 1978, с.29−34.
- Данилов В.Н., Воронков В. А., Изофатова Н. Ю. Исследование амплитудно-частотной характеристики акустического тракта прямого преобразователя в режиме излучения. Дефектоскопия, 1996, № 3, с. 37 — 45.
- Бреховских Л.М., Годин О. А. Акустика слоистых сред. М.: Наука, 1989.
- Физическая акустика, /под ред. У Мэзона/ Методы и приборы ультразвуковых исследований. -М.:Мир, 1966.
- Данилов В.Н. Оценка параметров сигнала при ультразвуковом контроле изделий методиками проходящих волн. Дефектоскопия, 1988, № 10, с. 82 -89.
- Ямщиков B.C. Волновые процессы в массиве горных пород. М.: Недра, 1984.
- Фелсен JL, Маркувиц Н. Излучение и рассеяние волн. М.: Мир, 1978.
- Форсайт Дж., Малькольм М., Моулер К. Машинные методы математических исследований. М.: Мир, 1980 .
- Лепендин Л.Ф. Акустика. М.: Высшая школа — М.: Наука, 1973.
- Ржевский В.В., Ямщиков B.C. Акустические методы исследования и контроля горных пород в массиве. М.: Наука, 1973.
- Меркулов Л.Г., Меркулова В. М. Лекции по теории ультразвука. Таганрог: Изд. ТРТИ, 1976.
- Справочник (кадастр) физических свойств горных пород. Под ред. Н. В. Мельникова, В. В. Ржевского, М. М. Протодьяконова. М.: Недра. 1975 .
- Сирота Д.Н. Разработка ультразвуковых способов и средств геоконтроля в условиях помех на горных предприятиях. Дис. на соиск. уч. степени к.т.н. -М.: МГИ, 1987.
- Эйкхофф И. Основы идентификации систем управления. М.: Мир, 1975.
- Шкуратник В.Л. Измерения в физическом эксперименте. М.: МГГУ, 1996.
- Физические величины. Справочник. /Под ред. Григорьева И. С. и Михайлова Е.З./ М.: Энергоатомиздат, 1991.
- Горбацевич Ф.Ф. Акустополяризационные измерения характеристик анизотропных горных пород. Методические рекомендации. Апатиты: изд. КФ АН СССР, 1985.
- Шкуратник В.Л. Разработка акустических способов и средств геоконтроля в условиях горнотехнических помех различной физической природы. Дис. на соиск. уч. степени д.т.н. М.: МГИ, 1991.