Исследование механоэлектрических преобразований при акустическом воздействии на образцы горных пород слоистой текстуры

Работа посвящена исследованию изменения параметров электромагнитного сигнала и амплитудно-частотных характеристик при динамическом воздействии на образцы горных пород слоистой текстуры. Поскольку одним из источников электромагнитного сигнала служит колебание зарядов двойного электрического слоя, то целью работы является оценка влияния количества двойных электрических слоев на параметры ЭМС.

Введение 14
1. Аналитический обзор 16
1.1 Источники и механизмы генерирования электромагнитного сигнала 16
1.2 Возможность оценки параметров электромагнитного сигнала 22
1.3 Связь акустической эмиссии и электромагнитного сигнала 23
1.4 Предпосылки к исследованию двойных электрических
слоев в диэлектрических материалах 29
1.5 Постановка задачи 31
2. Описание образцов и методики проведения экспериментов 32
2.1 Петрографическое описание исследуемых образцов 32
2.2 Методика исследования параметров электромагнитных сигналов
при динамическом воздействии на образцы 33
2.3 Методика исследования параметров электромагнитных сигналов
при пьезоакустическом возбуждении образцов 35
2.4 Методика определения скорости звука в образцах 36
3. Экспериментальная часть 39
3.1 Исследование параметров ЭМС при пьезоакустическом
возбуждении образцов серпентинита 39
3.2 Исследование параметров ЭМС при динамическом возбуждении
образца серпентинита 49
3.3 Выводы по разделу 52
4. Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение 53
4.1 Потенциальные потребители результатов исследования 53
4.2 Анализ конкурентных технических решений 54
4.3 Технология QuaD 57
4.4 SWOT-анализ 60
4.5 План проекта 64
4.6 Бюджет научного исследования 66
5. Социальная ответственность 71
5.1 Производственная безопасность 71
5.1.1 Анализ вредных и опасных факторов, которые могут
возникнуть при проведении исследований 72
5.2 Обоснование мероприятий по защите исследователя от действия
опасных и вредных факторов 72
5.2.1 Мероприятия по электробезопасности 74
5.2.2 Мероприятия по выполнению норм естественного
и искусственного освещения 75
5.2.3 Мероприятия по борьбе с производственном шумом 76
5.2.4 Мероприятия по обеспечению электромагнитной безопасности 77
5.2.5 Мероприятия по обеспечению безопасности оборудования
для работников 78
5.3 Экологическая безопасность 79
5.3.1 Анализ влияния объекта исследования на окружающую среду 79
5.3.2 Анализ «жизненного цикла» объекта исследования 79
5.3.3 Обоснование мероприятий по защите окружающей среды 80
5.4 Безопасность в чрезвычайных ситуациях 80
5.4.1 Анализ вероятных ЧС, которые могут возникнуть при
исследовании механоэлектрических преобразований
в образцах горной породы 80
5.4.2 Обоснование мероприятий по предотвращению ЧС
и разработка порядка действий в случае возникновения ЧС 81
5.5 Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности 81
5.5.1 Организационные мероприятия по компоновке рабочей зоны 82
Заключение 84
Список публикаций 86
Список используемых источников 93
Приложение А – Раздел ВКР, выполненный на иностранном языке 94

В результате проведенных исследований по теме работы сделан
литературный обзор по основным закономерностям электромагнитного сигнала
при акустическом воздействии на горные породы. Из анализа литературы
следует, что при акустическом воздействии на горные породы параметры ЭМС
зависят от физических и петрографических свойств горных пород, а также от
структурно-текстурного строения. В процессе возникновения ЭМС под
действием акустической волны происходит преобразование механических
колебаний в электромагнитные за счет изменения дипольного момента двойных
электрических слоев на границе раздела разнородных материалов.
Освоены методики регистрации ЭМС при акустическом воздействии на
образцы, включая динамическое возбуждение стальными шариками и
пьезоакустическое воздействие. Освоена методика определения скорости звука
в образцах.
Экспериментально установлено:
– вид регистрируемых электромагнитных сигналов соответствует
затухающему колебательному процессу. Исходя из колебательного механизма
возбуждения электромагнитного сигнала, спектральный состав ЭМС
определяется линейными размерами образца, мощностью слоев и различием
скоростей распространения акустического сигнала в них;
– при изменении размеров серпентинита и, соответственно, количества
слоев происходит изменение амплитуды аналогового ЭМС и его основных
частотных полос;
– уменьшение количества слоев хризотил-асбеста, представляющих
двойные электрические слои в серпентините, приводит к снижению амплитуды
частотных полос ЭМС;
– с увеличением импульса напряжения увеличивается амплитуда
спектрально-частотных полос во всем частотном диапазоне;
– увеличение длительности возбуждающего импульса приводит к
уменьшению амплитуды частотных полос во всем частотном диапазоне по
линейному закону;
– на всех амплитудно-частотных спектрах ЭМС отчетливо выделяется
частотная полоса около 32-36 кГц, свидетельствующая о единстве природы
источников генерирования электромагнитного сигнала. Такими источниками
при прохождении акустической волны могут быть колебания заряженных
берегов микротрещин или колебания двойных электрических слоев.
Полученные экспериментальные результаты исследования параметров
ЭМС при прохождении акустического сигнала через образцы горных пород
слоистой текстуры в дальнейшем могут быть использованы при разработке
методов контроля изменения напряженно-деформированного состояния горных
пород по параметрам электромагнитной эмиссии.