Способ определения скорости развития зародышевой трещины и ее стартовой длины

СОЮЗ СОаЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЦЕСНИХРЕСПУБЛИК 21 В 490 ИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ НА ИЯ СКОР Ой ТРЕ НЫгорному ние точн я зарод ее старт орной поя магист(54) С 1 И РА НЫ И (57) И Цель и опреде, вой трдлины. нагруж ЩИделу. ости ыше- овой одь аль М ОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ СКОМУ СВИДЕТЕ(71) Кузбасский политехнический институт(56) Авторское свидетельство СССР107 , 1982. 6582, кл. Е 21 С 39(00ПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНЗВИТИЯ ЗАРОДЫШЕВЕЕ СТАРТОВОЛ ДЛИзобретение относится к зобретения - повышения скорости развитещины и определениеИсследуемый образец гают до начала развити ЯО 1408053 А 1 и трещины. Регистрируют упругую волну, характеризующую момент образования тре шины. В последующем регистрируют промежутки времени продвижения трещины через определенные участки поверхности образца. По последним определяют максимальную величину движения трещины. Дополнительно регистрируют импульс естественного электромагнитного излучения, возникший в момент старта трещины. Скорость развития трещины и стартовый размер зародышевой трегцины определяют по известной формуле. Данный способ позволяет количественно оценить скорость роста трещин на участке их ускорения в непрозрачных материалах. Используемый в способе электромагнитный импульс, излучаемый трещиной, имеет скорость распространения на пять порядков выше, чем скорость упругой волны. 3 ил.Е (с) Енакс 40 45 50 где Ей) - зафиксированная напряженностьэлектрической составляющей импульса от времени;акс - максимальная скорость движениятрещины, м/с;Епанча максимальное значение электрической составляющей электромагнитного импульса;- реальное время, с,Для нахождения стартового размера зародышевой трещины (2 а,) записанный сигнал Е(1) строится в безразмерных координатах Е и 1 =- -- "а" в виде зависимости Е === ----- =1(-- ,-) таким ооразом, что за- ЕИ)Сл кави смаке фиксированная кривая совпадает на начальном участке с эталонной (кривая 2 на фиг. 2) Изобретение относится к горному делу и может быть использовано для определения 1)азмеров зародышевых трещин и изучения изменения скорости их роста в процессе разРушения горных пород. 5Цель изобретения - повышение точности определения скорости развития зародыщевой трещины и определение ее стартовой длинькНа фиг. 1 представлена схема нагружеия образца и расположение датчиков; иа иг. 2 - эталонные кривые зависимости скоости развития зародышевой трещины (криая 1) и напряженности электрической сотавляющей импульса (кривая 2) от времени; а фиг. 3 -- экспериментальноя осциллограм . а импульса электромагнитной эмиссии при вижении трещины в образце песчаника.Способ осуществляется следующим обазом.Исследуемый образец 1 медленно нагружается до начала развития магистральной тРещииы (фиг. 1). Антенна 2 накладыается а образец таким образом, чтобы ее плосКость была по возможности параллельна к аиравлению предполагаемого развития маистральной трещины (в этом направлении 25 м пульс максимален), Изолятор 3 служит Для электрической изоляции антенны от нагружаюгцего устройства. Через усилитель 4 , фильтр 5 сигнал поступает на осцилло- Раф 6 и записывается в реальном масштабе времени. Фильтр 5 служит при этом для 30 1 омпенсации помех промышленных частот исобственных шумов усилителя 4. Начальный у 1 часток записанной кривой (фиг. 2, кривая ) в реальном масштабе времени отражает характер возрастания скорости на участке ускоренного движения трещины. При этом количественная зависимость скорости Ч движения трещины от времени имеет следующий вид: Тогда за стартовый размер зародышевой трещины принимают значение 2 аа.Предлагаемый способ позволяет количественно оценить скорость роста трещин на участке их ускорения в непрозрачных материалах. При этом разрешающая способность способа существенно выше, чем во всех известных способах регистрации скорости трешин, так как для этой цели используется естественный электромагнитный импульс, излучаемый движущейся трещиной, скорость распространения которого на пять порядков выше, чем скорость упругой волны. Поэтому минимальное время разрешения ограничено лишь возможностью записывающих осциллографов. Для современных типов осциллографов оно равно 108 с.Прилер. При нагружеиии образцов песчаника определяют средневзвешенное значение максимальной скорости движения трещин в образцах путем регистрации начального момента образования трещины и последующей регистрации промежутков времени продвижения трещины через определенные, тарированные по длине участка поверхности образца, (по известному способу) оио равноЧ - 100 м,/с.При разрушейии образца песчаника по схеме, изображенной на фиг. 1, записывают импульсы электромагнитного излучения, соответствующий движению магистральной трещины отрыва, разделяю,ций образец на две части (фиг. 3, кривая 3, для данной кривой реальное время 1 по оси абсцисс отсчитьвают в микросекундах), Начальный участок данного импульса характеризует быстроту роста скорости трещины, количественная зависимость скорости от времени имеет вид Ч(1) == --- 100 ис Е иака На фиг. 3 начальный 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 координатахЕ= -- =()Е(с) тоо сЕго,апричем параметр а, подбирается таким образом, что эталонная (кривая 4, фиг. 3) и экспериментальная (кривая 3, фиг. 3) кривые совпадают на начальном своем участке. В результате построения значение а. оказывается равным 10 м. Таким образом, значение стартовой,уины зародышевой трещины оавно 2 10 м.Формула изобретения Способ определения скорости развития зародышевой трещины и ее стартовой длины, включающий нагружение образца горной породы, регистрацию упругой волны, характеризующей момент образования трещины, и последующую регистрацию промежутков времени продвижения трещины через определенные участки поверхности образца, по которым определяют максимальную величину скорости движения трещины, отличающийся тем, что, с целью повышения точности определения скорости развития зародышевой трещины и определения ее стартовой длины, дополнительно регистрируют импульс естественного электромагнитного излучения, возникающий в момент старта тпещины, а скорость развития трепины и стартовый размер зародышевой трещины определяют по формулс Е Ю ; ЕС 6; ф м:.,.== -- ,-"кс . --(, а нис.максгде Я - скорость развития трещины, м,с;ЕЙ) - зафиксированное значснис элсктрическои составляюцгсй элс ктромагнитного импульса от врсмсшцЕнь,с - максимальное зна ение элскт 1 ш -ческой составляющей эг 1 сктромагнитно о импульсе,Ч, - максимальная скорость двнжа иятрещины- реальное время, с;ф - половиа стартово;о пазмера зародышевой трещиньм.. Бутя ти ктная Ей) ГО Редактор В. БугренковаЗаказ 328133В Н И И Г И Го суда рствен13035, МПроизводственно.полиг Составитель ИТехред И. ВереТираж 531ого комитета СССР посква, М( - 35, 1 заушафическое предприят. Фомичевас Корректор ВПодписноеделам изобретений и окая наб., д. 4/5е, г. Ужгород, ул. Про