Введение к работе
Актуальность работы. С каждым годом в народном хозяйстве расширяется производство и потребление изделий из природного камня, используемых в качестве элементов несущих конструкций в промышленном, т; анспортном, монументальном строительстве и в машиностроении.
Как показывает опыт, основной причиной снижения технико-экономических показателей предприятий по добыче и переработке камня и отклонений физико-механических характеристик их продукции от требований ГОСТов является наличие в массиве и блоках горных пород дефектов.
Широкое внедрение на карьерах и камнеобрабатывающих предприятиях методов прогноза и контроля дефектности природного камня, поз воляющих обнаруживать его нарушенные участки, выявлять трещины, включения и другие дефекты в блоках и плитах перед их дальнейшей обработкой и отправкой потребителю, является необходимым условием обеспечения высокого качества продукции.
Среди физических методов контроля, используемых для дефектоскопии природного камня в производственных условиях, центральное место, благодаря своей универсальности и технологичности, занимают акустические методы. Эти методы основаны на взаимосвязи струк^ турных особенностей горных пород с акустическими характеристиками распространяющихся в них упругих колебаний.
Дальнейшее'повышение эффективности и надежности акустической дефектоскопии горных пород и блоков связано с решением актуальной t научно-технической задачи разработки комплексного ультразвукового метода контроля, обеспечивающего выявление дефектов в виде отдельных трещин вблизи обнажений горных пород.
Целью работы является установление закономерностей распространения упругих волн различных частот в нарушенной трещинами
приповерхностной области горных город для разработки акустического метода- интроскопии этой области с использованием режимов эхолокации и поверхностного прозвучивания, позволяющих снизить затраты на оценку пригодности и первичную обработку гранитных блоков.
Идея работы заключается в использовании для выявления и оценки размеров приповерхностных трещин в горних породах особенностей их влияния на параметры импульсных ультразвуковых сигналов двух существенно различающихся частот.
Научные положения, разработанные соискателем.и новизна.
1. Установлены закономерности распространения поверхностных
волн Рзлея в горных породах, содержащих трещины, отличающиеся уче
том влияния глубины трещины на амплитуду принятого сигнала в за
висимости от длины волны и размеров преобразователей. Показано,
что оптимальная рабочая частота 4-олг при выявлении трещин с
использованием рэлеевских волн определяется их скоростью Сц и
глубиной щели И и выбирается из соотношения
0.2Ся/н 4 fonT « абЬ/ц.
-
Разработан способ выявления трещин, выходящих на поверхность горных пород,и определения их глубины с погрелностью, не превышающей 20%, основанный на использовании в качестве информативного параметра нормированного отношения амплитуд сигналов на двух частотах, верхняя из которых равна 0(\Т « а нижняя ~ - (0,4-0,5)/опт .
-
разработаны принципы построения г оптимизации аппаратуры акустического контроля, новизна которых заключается в управлении параметрами излучаемых импульсов, обеспечивающих максимальное от-т эшение сигнала к уровню структурной помехи на рабочей частоте, применен..и плавной перестройки входного электроакустического тракта в диапазоне частот 20-200 кГц, использовании цифровых методов $ормирг)ъания управляющего сигнала, обеспечивающего точность устрой-
ств временной регулировки усиления + 1,5 Л,б.
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждаются сходимостью результатов аналитических расчетов: влияния щелевидных дефектов поверхности на амплитуду прошедших рэлеевских волн с погрешностью до Ъ%, величины коэффициента затухания продольных упругих волн за счет рассеяния в горных породах с погрешностью до 30% и резонансной частоты приемного электроакустического тракта с погрешностью 2 % с результатами, полученньми экспериментально, схожестью полученных результатов с уже известнши, положительными практическими результатами контроля горных пород и блоков.
Значение работы для науки состоит в установлении закономерностей влияния трещин на информативные параметры распространяющихся в горных породах акустических сигналов, обеспечивающих дальнейшее развитие и совершенствование методов и средств геоконтроля.
Практическое значение работы заключается в разработке с использованием новых алгоритмов методов выбора оптимальных параметров систем акустического контроля, которые также могут быть исполь зованы и при акустической дефектоскопии материалов и конструкций, выборе и обосновании возможных направлений оптимизации аппаратуры контроля, разработке методики контроля гранитных блоков с использованием двухчастотной ультразвуковой аппаратуры, предложены схемные решения основных узлов аппаратуры, основанные на использовании цифровых методов формирования зондирующих импульсов, устройств временной регулировки усиления и обработки сигналов, которые вошли в техническое задание на разработку ультразвуковой аппаратуры для контроля горных пород и блоков.
Реализация работы. Выводы и рекомендации работы нашли применение при разработке аппаратуры для контроля горных пород и блоков и изделий из природного камня и вошли в "Техническое описание
и инструкцию по эксплуатации ультразвуковой двухчастотной аппаратуры УК-ГРАНИТ и методику контроля гранитных заготовок", которые внедрены на НЛО "Ротор" (г. Черкассы) с экономическим эффектом 19,5 тыс.руб. в год.
Результаты работы также вошли в разработанные "Рекомендации по дефектоскопии каменных блоков ультразвуковым комбинированным методом", которые переданы Мытищинскому экспериментальному заводу художественного литья.
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались на X Всесоюзной научной конференции "Физические процессы горного производства" (Москва, 1991 г.), а также на научных семинарах и совещаниях: на кафедре "Шизико-тех^-нический контроль производства" Московского горного института, НПО "Ротор" (г.Черкассы),
Публикации. По теме диссертации автором опубликовано 10 статей и получено II авторских свидетельств.
Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, заключения, списка литературы из 84 наименований, содержит 24 страницы машинописного текста, в том числе 44 рит сунка,, 10 таблиц и 2 приложения.
Автор выражает благодарность научному руководителю докт.техн. наук, проф. Ямщикову B.C. за внимание и помощь в процессе выполнения настоящей работы, докт.техн наук .і^анилову В.Н. за ценные консультации при проведении математических расчетов, канд.техн.наук, доц. Шкуратнику В.Л. за помощь в проведении экспериментальных исследований.