Читайте также:
|
Ю.Н. Бауков, И.В. Колодина, А.З. Вартанов
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
ПО выполнению лабораторных работ
по дисциплине
«ВОЛНОВЫЕ ПРОЦЕССЫ»
для студентов специальности 070600.01
“Физические процессы горного производства”
Москва 2006
Методические указания включают описания 8 лабораторных работ, содержание которых соответствует основным разделам курса «Волновые процессы в массиве».
Лабораторные работы посвящены изучению физических основ распространения упругих волн в горных породах и методам практического определения акустических и физико-механических характеристик твердых тел.
Описание каждой лабораторной работы включает: ее цель, краткие теоретические предпосылки, сведения об аппаратуре, используемой при выполнении работы, указания по порядку выполнения работы, содержанию и форме отчета.
Лабораторные работы предназначены для студентов специальности 070600.01.
СОДЕРЖАНИЕ
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1. Исследование свойств горных пород волновым ультразвуковым методом. 4
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2. Изучение продольных колебаний упругих стержней (Определение упругих свойств горных пород резонансным методом) 9
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3. Определение упругих свойств материалов при изгибных колебаниях пластин. 14
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4. Исследование явления дисперсии при измерениях скорости упругой волны на образцах. 18
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 5. Исследования влияния расширения волнового фронта на амплитуду упругой волны.. 21
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 6. Измерение затухания упругих волн в твердых телах. 26
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 7. Отражение и преломление плоских волн на границе раздела двух сред. 30
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 8. Исследование характеристик направленности источника электромагнитных волн. 36
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1. Исследование свойств горных пород волновым ультразвуковым методом
Цель работы: изучение методики измерения скорости продольных и поперечных волн и упругих модулей в горных породах.
Теоретические предпосылки к работе
Для исследования свойств и состояния горных пород могут использоваться различные типы упругих волн. В неограниченных твердых телах могут распространяться объемные продольные и поперечные волны. В упругих средах с границами раздела возможно образование также поверхностных волн, распространяющихся вдоль этих поверхностей.
Скорость распространения продольных 
и поперечных 
волн в неограниченной упругой среде определяется следующим образом:
; 
, (1.1)
где 
и 
- модуль Юнга и сдвига, 
;
- плотность, 
;
- коэффициент Пуассона.
Продольные волны связаны главным образом с объемными деформациями среды, а поперечные – со сдвиговыми. Скорость продольных волн в упругих телах всегда больше скорости поперечных волн.
При излучении в массив горных пород одновременно возбуждаются как продольные, так и поперечные волны. На высоких частотах (в ультразвуковом диапазоне) на малых базах между излучателем и приемником (при исследовании на образцах) импульс продольных колебаний накладывается на импульс поперечных колебаний, и выделить первое вступление поперечной волны в общем наблюдаемом импульсе невозможно.
Для измерения скорости поперечных волн на образцах горных пород могут применяться наклонные преобразователи, в которых используется эффект полного внутреннего отражения продольных волн, заключающийся в том, что при падении на границу раздела между двумя средами (рис. 1.1.) плоской волны под углом 
, при котором 
, продольная преломленная волна будет распространяться вдоль границы, не проникая на большую глубину во вторую среду. В этой среде распространяется поперечная волна. При этом
< 
(1.2)
Практически достичь того, чтобы продольная волна не проходила во вторую среду, с помощью реальных излучателей не представляется возможным. Для увеличения точности измерения скорости пользуются тем, что максимальная амплитуда поперечной волны наблюдается под углом 45° к направлению, в котором наблюдается максимальная амплитуда продольной волны.
Измерив скорости и 
в исследуемой среде, можно рассчитать модуль Юнга 
и модуль сдвига 
этой среды согласно выражениям:
; 
; (1.3)
.
Дата добавления: 2015-09-11; просмотров: 56 | Поможем написать вашу работу | Нарушение авторских прав |