Приводится описание лабораторной установки для ультразвуковых измерений на образцах горных пород и искусственных материалов, подвергаемых переменным термобарическим воздействиям. Стенд состоит из основных блоков: термического блока, предназначенного для нагрева и поддержания заданной температуры исследуемого образца, блока одноосного механического нагружения образца и блока ультразвуковых измерений в нем. В основе конструкции термического блока лежит использование полупроводниковых термоэлектрических преобразователей (ТЭП) на основе эффекта Пельтье. Использование последних позволяет производить нагрев образца, находящегося непосредственно под прессом, при этом достигаются сравнительно низкие инерциальность и уровень акустических помех. Контроль за уровнем температуры обеспечивается замкнутой петлей обратной связи с использованием термисторов, расположенный между ТЭП и поверхностью нагреваемого образца. Для эффективного теплообмена ТЭП с окружающей средой применено комбинированное водно-воздушное охлаждение. Управление термическим блоком осуществляется вручную с помощью блока потенциометров, либо посредством управляющих команд с персонального компьютера по интерфейсу USB. В качестве блока механического нагружения использовано серийно выпускаемый малогабаритный пресс ГТ 2.0.8-2. Блок ультразвуковых измерений состоит из генератора зондирующих импульсов, АЦП с частотой дискретизации до 10 МГц, пары акустических преобразователей с несущей частотой 500 кГц и персонального компьютера. Блок позволяет в автоматическом режиме определять скорость распространения упругих волн в образцах, их спектральные и энергетические характеристики в изменяющихся термобарических условиях.

Благодарность: Работа выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований, соглашение № 19-05-00152\19.

Для цитирования: Николенко П. В., Шкуратник В. Л. Установка для ультразвуковых измерений на образцах геоматериалов в условиях термобарических воздействий // Горный информационно-аналитический бюллетень. - 2019. - № 5. - С. 89-96. DOI: 10.25018/0236-1493-2019-05-0-89-96.

Номер: 5
Год: 2019
ISBN: 0236-1493
UDK: 622.02:539.2
DOI: 10.25018/0236-1493-2019-05-0-89-96
Авторы: Николенко П. В., Шкуратник В. Л.

Информация об авторах: Николенко Петр Владимирович — кандидат технических наук, доцент, e-mail: petrov-87@mail.ru, Шкуратник Владимир Лазаревич — доктор технических наук, профессор, e-mail: ftkp@mail.ru, НИТУ «МИСиС». Для контактов: Шкуратник В.Л., e-mail: ftkp@mail.ru.

Библиографический список:

1.        Pervukhina M., Gurevich B., Dewhurst D. N., Siggins A. F. Applicability of velocity—stress relationships based on the dual porosity concept to isotropic porous rocks // Geophysical Journal International, 2010, Vol. 181, no 3, pp. 1473—1479.

 

2.        Lokajíček T., Svitek T., Petružálek M. Laboratory approach to the study of dynamic and static bulk anisotropy in rock under high hydrostatic pressure by simultaneous P. S sounding and sample deformation measurements on spheres / 48th US Rock Mechanics Geomechanics Symposium, 2014, Vol. 2, pp. 988—994.

 

3.        Pimienta L., Fortin J., Guéguen Y. Bulk modulus dispersion and attenuation in sandstones // Geophysics, 2015, Vol. 80, no 2, pp. 111—127.

 

4.        Shkuratnik V. L., Nikolenko P. V., Koshelev A. E. Stress dependence of elastic p-wave velocity and amplitude in coal specimens under varied loading conditions // Journal of Mining Science, 2016, Vol. 52. no 5. pp. 873—877.

 

5.        Wei X., Wang S.-X., Zhao J.-G., Tang G.-Y., Deng J.-X. Laboratory study of velocity dispersion of the seismic wave in fluid-saturated sandstones // Chinese Journal of Geophysics (Acta Geophysica Sinica), 2015, Vol. 58, no 9, pp. 3380—3388.

 

6.        Li S. H., Zhu W. C., Niu L. L., Yu M., Chen C. F. Dynamic Characteristics of Green Sandstone Subjected to Repetitive Impact Loading: Phenomena and Mechanisms // Rock Mechanics and Rock Engineering, 2018, Vol. 51, no 6, pp. 1921—1936.

 

7.        Николенко П. В., Чепур М. Д. Об использовании акустико-эмиссионных эффектов в композиционных материалах для оценки динамики напряженно-деформированного состояния

 

массива в окрестностях горной выработки // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2018. — № 12. — С. 134—141.

 

8.        Shkuratnik V. L., Nikolenko P. V., Kormnov A. A. Ultrasonic correlation logging for roof rock structure diagnostics // Journal of Mining Science, 2015, Vol. 51, no 3. pp. 456—461.

 

9.        Назаров Л. А. Определение свойств структурированного породного массива акустическим методом // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. — 1999. —

 

№ 3. — С. 36—44.

 

10.    Feng Z., Mingjie X., Zhonggao M., Liang C., Zhu Z., Juan L. An experimental study on the correlation between the elastic wave velocity and microfractures in coal rock from the Qingshui basin // Journal of Geophysics and Engineering, 2012, Vol. 9, no 6, pp. 691—696.

 

11.    Volarovich M. P. The investigation of elastic and absorption properties of rocks at high pressures and temperatures // Tectonophysics, 1965, Vol. 2, no 2—3, pp. 211—217.

 

12.    Ostadhassan M., Tamimi N. Mechanical behavior of salt rock at elevated temperature // 48th US Rock Mechanics Geomechanics Symposium, 2014, Vol. 3, pp. 1473—1480.

 

13.    Chryssanthakis P., Westerdahl H., Rose E., Rhett D., Pederson S. High temperature triaxial tests with ultrasonic measurements on Ekofisk chalk / 20th Century Lessons, 21st Century Challenges, 1999, pp. 573—578.

 

14.    Абдулагатова З. З., Эмиров С., Абдулагатов И. М. Влияние температуры и давления на теплопроводность и скорость звука в андезитовых горных породах // Ультразвук и термодинамические свойства вещества. — 2006. — № 33. — С. 5—23.

 

15.    Disalvo F. J. Thermoelectric cooling and power generation // Science, 1999, Vol. 285, no 5428, pp. 703—706.