Повышение информативности акустополяризационного метода определения упругих характеристик горных пород

• Автор: Ковалевский, Михаил Васильевич
• Шифр специальности: 01.04.06, 05.11.13
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 202 с. : ил

СОДЕРЖАНИЕ

ОСНОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ

ВВЕДЕНИЕ

1. АКУСТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД

1.1. Геология горных пород, как предмет применения акустических методов исследования.

1.1.1. Свойства основных породообразующих минералов.

1.1.2. Минеральная основа упругой анизотропии горных пород

1.2. Методы измерения акустических характеристик твердых тел

1.2.1. Интсрфсрометрические методы определения скорости звука.

1.2.2. Импульсные методы измерения скорости звука.

1.2.3. Акустополяризационный метод

1.3. Выбор и обоснование направления исследования.
2. ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РАСПРОСТРАНЕНИЯ УПРУГИХ ВОЛИ В АНИЗОТРОПНЫХ СРЕДАХ.
2.1. Основные закономерности распространения ультразвуковых волн в анизотропных средах
2.2. Упругие волны в пьезокристаллах
2.3. Физические основы метода акустополяризационных измерении.
2.3.1. Виды поляризации упругих колебаний.
2.3.2. Распространение упругих колебаний в поперечноизотропной среде
2.3.3. Особенности акустополяриграмм изотропных и анизотропных образцов.
2.4. Эффект линейной акустической анизотропии поглощения
3. АППАРАТУРА ДЛЯ АКУСТОПОЛЯРИЗАЦИОННЫХ ИЗМЕРЕНИИ.
3.1. Требования к приборам и материалам акустополярископии
3.2. Общая схема аппаратуры для исследования упругих характеристик горных пород акусгополяризационным методом.
3.3. Конструкция акустополярискоиа с автоматизированным приводом поворотной платформы.
3.4. Проектирование, описание и принцип работы прибора УЗИСГЭТУ.
3.4.1. Проектирование прибора УЗИСГЭТУ
3.4.2. Конструкция прибора УЗИСГЭТУ.
3.4.3. Акустическая система
3.4.4. Электронный блок
3.4.5. Особенности процесса измерений скоростей прибором УЗИСГЭТУ
3.5. Конструкция контроллера вывода данных в параллельный порт
Выводы по разделу
4. АКУСТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА НА ОСНОВЕ ДЕМПФИРОВАННЫХ ПЛАСТИНЧАТЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ УСОВЕРШЕНСТВОВАННОЙ КОНСТРУКЦИИ.
4.1. Общие требования к источникам и приемникам колебании.
4.2. Теоретический анализ демпфированных пластинчатых преобразователей повернутых срезов
4.2.1. Постановка задачи
4.2.2. Работа преобразователя в режиме излучения
4.2.3. Работа преобразователя в режиме приема.
4.2.4. Алгоритм расчета частотных характеристик.
4.3. Разработка акуст ической системы.
4.3.1. Результаты численного анализа.
4.3.2. Конструкция акустического датчика.
Выводы по разделу 4.
5. ПОРЯДОК, ОРГАНИЗАЦИЯ И ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ АКУСТОГЮЛЯРИЗАЦИОННЫХ ИЗМЕРЕНИЙ.
5.1. Общие требования к методике измерений
5.2. Порядок проведения акустополяризациошгых измерений
5.3. Определение величин скоростей распространения упругих колебаний
5.3.1. Технология измерения скоростей в анизотропных средах
5.3.2. Особенности матриц квазипродольных и квазипоперечных
скоростей Уд.
5.3.3. Анализ матрицы скоростей распространения упругих УЗК
5.4. Определение типа симметрии и модулей упругости анизотропных сред
5.4.1. Определение модулей упругости в слабоанизотропных средах.
5.4.2. Расчет модулей упругости ортотроиных сред.
5.4.3. Системы упругой симметрии горных пород
5.5. Обработка результатов акустополяризационных измерений.
5.6. Результаты изучения анизотропии метаморфизированных архейских пород
5.6.1. Особенности акустополяризационных диаграмм
5.6.2. Анизотропия упругих свойств горных пород по разрезу Кольской
Сверхглубокой скважины СГ3.
5.6.3. Практическое применение результатов акустополярископии при
контроле качества материалов и изделий.
Выводы по разделу
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


Автоматизированный программноаппаратный комплекс успешно применяется в Геологическом институте Кольского научного центра РАН с г. Приложении к диссертационной работе. При усовершенствовании акустополяризационного метода измерений упругих характеристик горных пород доказана целесообразность повышения его информативности путем внедрения созданного программноаппаратного комплекса в составе автоматизированного акустополярископа с электроприводом улыразвукового измерителя ультразвукового дефектоскопа контроллера обмена данными персонального компьютера и программного пакета О, позволяющих осуществлять определение числа и величины упругих констант, наличия и степень проявления эффекта линейной акустической анизотропии поглощения. Лкустополяризационные измерения с повышенной информативностью целесообразно осуществлять ультразвуковыми преобразователями с использованием двумодового пьезоэлемента и составного демпфера, элементами которого являются буферный стержень и конусная тыльная нагрузка из плавленого кварца. Конструкция преобразователя обеспечивает наилучшую эффективность энергетического преобразования продольных и поперечных волн в заданной полосе частот от 0. МГц при угле среза от до и контактного слоя из эпоксидной смолы с максимальной вязкостью при толщине мкм. Доказана нецелесообразность применявшегося ранее уменьшения толщины контактного слоя. При повышения метрологических характеристик акустополярископа показана эффективность использования автоматизированного высокостабильного привода поворотной платформы, что в сочетании с вычислительными возможностями программного пакета Асиро1 обеспечивает повышение точности определения пространственного положения элементов упругой симметрии до 1, и исключает погрешность 4 6 , которую создавала предыдущая схема измерения. Исследования ряда образцов кристаллических горных пород ВочеЛамбинского полигона и Кольской сверхглубокой скважины, выполненные с применением автоматизированного программноаппаратного комплекса, было показано наличие упругой анизотропии разной степени квазиизогропные менее 0,, слабоанизотронныс от 0. Глубинные образцы, извлеченные из Кольской сверхглубокой скважины показаш высокую степень проявления ЭЛААП до 0. Впервые выявлено наличие ЭЛААГТ в породообразующих минералах, таких как микроклины, олигоклазы, ортоклазы. Аппробация работы. Акустическая научная сессия, проводимая в рамках 6ой научной конференции ИНГУ по радиофизике, посвященной 0летию со дня рождения профессора М. Т.Греховой, Нижний Новгород, май г. X, XI, XII научные молодежные конференции, посвященной памяти К. О.Кратца Геология и полезные ископаемые СевероЗапада и Центра России Апатиты, май г. Петрозаводск, май г. СанктПетербург, апрель г. Минералогического общества РАН, СанктПетербург, май г. I фофессорскопреподавагельского состава СПбГЭТУ ЛЭТИ им. Ульянова Ленина, СанктПетербург февраль , февраль гг. Все результаты в работе получены в ходе проведения эксперимента лично автором. Личный вклад автора является определяющим при передаче данных в ЭВМ и при обработке экспериментальных данных. Все теоретические результаты, разработанные конструкции приборов, получены автором совместно с Яковлевым Л. А., Шевелько М. М., Псрсгудовым А. Н., Горбацевичем Ф. Ф. и Головатой О. Материалы диссертационной работы опубликованы в 6 печатных трудах, опубликованных в научных журналах и тезисах докладов на конференциях. Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения, изложенных на 9 страницах основного машинописного текста, содержит рисунков, 5 таблиц, список используемой литературы из наименований и девять приложений Общий объем диссертации 2 страницы. При написании диссертационной работы хотелось бы выразит ь особую благодарность своему научному руководителю д. Яковлеву Л. А. и научному консультанту д. Горбацевичу Ф. Ф. за постоянное внимание, ценные советы и многочисленные консультации в изучении теоретичеких основ акустоэлектроники и акустополярископии. Также хотелось бы отметить коллектив преподавателей кафедры ЭУТ СПБГЭТУ ЛЭТИ зав. Павроса С. К, д. Аббакумова К. Е., к. Шевелько М. М. и кг. А.Н.