Аппаратно-программный лабораторный комплекс для решения задач физики разрушения горных пород

• Автор: Патонин, Андрей Викторович
• Шифр специальности: 25.00.10
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Борок
• Количество страниц: 149 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ЛАБОРАТОРНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ПО ФИЗИКЕ

РАЗРУШЕНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД

1.1. Классификация лабораторных испытательных прессов

1.2. Регистрирующая аппаратура и методы исследования

1.3. Основные решаемые задачи

1.4. Сравнительный анализ лабораторных комплексов на базе

прессов ПКЮУА и МТБ

ГЛАВА 2. ЭЛЕКТРО-ГИДРДВЛИЧЕСКАЯ СИСТЕМА И ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ТРЕХОСНЫХ ИСПЫТАНИЙ

2.1. Станция контроля и управления прессом
2.2. Камера всестороннего сжатия с контейнером для
размещения образца
2.3. Методика подготовки и проведения эксперимента
ГЛАВА 3. ДАТЧИКИ И РЕГИСТРАЦИЯ ДАННЫХ
3.1. Регистрация давления, осевой и радиальной деформации
3.2. Непрерывная регистрация потока акустической эмиссии
3.3. Регистрация волновых форм сигналов акустической эмиссии
3.4. Ультразвуковое зондирование
3.5. Трехкомпонентные акустические датчики
ГЛАВА 4. АЛГОРИТМЫ И МЕТОДЫ АНАЛИЗА ДАННЫХ
4.1. Напряженно-деформационные характеристики
4.2. Выделение отдельных событий из общего потока
акусти ч ее кой эмиссии
4.3. Скорости упругих волн в анизотропной среде
4.4. Координаты источников сигналов акустической эмиссии
4.5. Синхронизация данных
4.6. Формирование базы данных и ее структура
ГЛАВА 5. РЕШЕНИЕ РЯДА ЗАДАЧ ФИЗИКИ РАЗРУШЕНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД

5.1. Моделирование сейсмического режима с афтершоковой и 94 роевой активностью
5.2. Моделирование разломной зоны
5.3. Моделирование триггерных эффектов
5.4. Геотермические испытания материалов
5.5. Диагностика напряженного состояния по затуханию упругих 112 волн
5.6. Моделирование приливных явлений
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА
ПРИЛОЖЕНИЕ №1
ПРИЛОЖЕНИЕ №2
ПРИЛОЖЕНИЕ №3
ПРИЛОЖЕНИЕ №4
ВВЕДЕНИЕ
: Изучение процессов зарождения, формирования и развития горных
ударов и землетрясений неразрывно связано с моделированием и изучением, этих процессов в лабораторных условиях [6, 10, 12, 29]. Сложность- таких исследований обусловлена в первую очередь слабо развитыми приборами й техникой лабораторного моделирования, и их высокой'стоимостью; Кроме этого, при проведении эксперимента, создать условия, близкие к тем, которые наблюдаются в природе достаточно трудно. Обычно лабораторные исследования геоматериалов проводят как в условиях повышенного внешнего (гидростатического) давления, так и при избыточном осевом давлении. Создаваемое внешнее воздействие требует контроля со стороны исследователя и возможности изменения режимов деформации и прикладываемых нагрузок. Регистрация различных физических параметров необходима для дальнейшего анализа. Чем больше параметров регистрируется, тем качественнее будет анализ и последующие выводы.
Для успешного проведения лабораторных экспериментов в условиях одноосной и трехосной деформации, изучения процессов, происходящих на всех стадиях деформации и разрушения геологического материала, большое значение имеет решение, по меньшей мере, нескольких задач:
1. Создание гибкой системы управления режимами испытания, геоматериала, позволяющей оперативно вмешиваться в ход испытания.
''2. Создание регистрирующей аппаратуры записи как медленно, так и. быстро изменяющихся физических величин с привязкой всех измерений к единому высокоточному времени.
3. Разработка алгоритмов и методов обработки полученной информации с созданием единой, унифицированной базы данных, дающей возможность быстро и удобно использовать как исходный материал, так и результаты постобработки.

рабочий поршень в ту или иную сторону до тех пор, пока не выровняется баланс между эталонным сигналом и показанием управляющего датчика. Для предотвращения залипания гидроусилителей сервовентилей к основному разностному сигналу непрерывно подмешивается небольшой синусоидальный сигнал, заставляющий вибрировать клапаны сервовентилей. Это дополнительно увеличивает быстродействие всей системы и одновременно создает паразитный акустический шум в диапазоне 1-10 кГц. Для предотвращения аварийных ситуаций в общую схему управления аналоговой стойки введены датчики аварийного отключения, которые реагируют на превышения допустимых пределов перемещения поршня, превышение осевой нагрузки и превышение заданного ускорения плит.
Для программирования и управления аналоговой стойкой контроля автором был разработан и изготовлен специальный интерфейс связи аналоговой стойки с управляющим компьютером (рис. Пр. 1.4). Интерфейс был разработан на компьютерной шине ISA с использованием специфичного протокола обмена между шиной и внутренними регистрами аналоговой стойки управления. В основе схемотехнического решения лежат интегральные микросхемы TTL логики отечественного производства серий К580, К155, К555 и др. Посредством данного интерфейса 16 разрядные регистры аналоговой стойки управления отображаются в 8 разрядные порты ввода-вывода компьютера. Программа управления [20J, автором написанная на языке DELPHI [11, 31], непосредственно работает с этими портами, осуществляя ввод-вывод с помощью базовых ассемблерных команд.
Основной режим, который используется при проведении испытаний, это режим контролируемой деформации. То есть, не зависимо от создаваемого осевого давления поддерживается заданное положение пуансонов пресса. Для контроля используется индуктивный датчик положения пуансонов пресса (рис. 2.1). Сигнал с датчика заводится на схему сравнения PID регулятора в блоке управления (16). Сюда же поступает эталонный задающий сигнал с компьютера управления (17). Схема управления вырабатывает и усиливает разностный