УДК 539.3

DOI 10.24411/1683-805X-2019-14006

 

Проведено экспериментальное исследование процесса накопления повреждений при сложном (непропорциональном) неравнокомпонентном сжатии песчаника на испытательной системе трехосного независимого нагружения с in situ регистрацией дискретных импульсов акустической эмиссии на нагружающей плите и свободной от напряжения грани кубических образцов. Проведен сравнительный анализ данных акустической эмиссии, зарегистрированных на образцах и плите, который позволил установить качественное соответствие изменения интегрального (суммарный счет) и дифференциального (активность акустической эмиссии) параметров в процессе деформирования песчаника. По результатам проведенного частотного анализа волновых форм зарегистрированных импульсов акустической эмиссии установлено, что импульсы от датчиков, зафиксированных на нагружающей плите испытательной системы трехосного независимого нагружения, являются более низкочастотными по сравнению с импульсами датчиков, закрепленных непосредственно на образце. Выявленные отличия являются следствием различия акустических импедансов образцов и плиты, определяются дисперсией, рассеиванием и ослаблением сигнала в процессе его распространения в системе «повреждаемый образец - плита». Установлено, что формирование полос локализованной деформации, фрагментация и появление макродефекта сопровождаются активизацией акустической эмиссии и изменением ее частотного состава. Проведенные эксперименты показали принципиальную возможность регистрации акустической эмиссии при закреплении датчика на одной из нагружающих плит испытательной системы трехосного независимого нагружения и возможность измерения акустической эмиссии при истинно трехосном неравнокомпонентном сжатии. Размещение датчика на плите позволило регистрировать сигналы акустической эмиссии на этапах локализации, фрагментации и роста макродефекта, когда наблюдается существенное нарушение сплошности образца. Это позволяет получать информацию о характере эволюции повреждений на стадии деформационного разупрочнения, проводить экспериментальные исследования процесса накопления повреждений при трехосном пропорциональном и непропорциональном деформировании горных пород.

Ключевые слова: двухосное непропорциональное нагружение, неравнокомпонентное сжатие, акустическая эмиссия, поврежденность, полосы локализованной деформации, макроразрушение

 

Damage evolution under complex nonuniform compression of sandstone according to acoustic emission data

Damage accumulation during complex (nonproportional) nonuniform compression of sandstone was studied experimentally on the triaxial independent loading test system with in situ recording of discrete acoustic emission pulses on the loading plate and stress-free faces of cubic samples. A comparative analysis of the acoustic emission data recorded for the samples and the plate was carried out to reveal a qualitative correspondence between the changes in the integral (total score) and differential (acoustic emission activity) parameters during sandstone deformation. Frequency analysis of the waveforms of the recorded acoustic emission pulses showed that the pulses from the sensors mounted on the loading plate of the test system have lower frequency compared to the pulses from the sensors mounted directly on the sample. The revealed differences result from differences in the acoustic impedances of the samples and the plate; they are determined by the dispersion, scattering, and attenuation of the signal when it propagates in the damaged sample - plate system. It was found that the formation of localized deformation bands, fragmentation, and macrodefect nucleation are accompanied by activation of acoustic emission and a change in its frequency composition. The performed experiments proved that it is possible to record acoustic emission when the sensor is mounted on one of the test system loading plates, and therefore possible to measure acoustic emission under triaxial nonuniform compression. With the sensor mounted on the plate, acoustic emission signals were recorded at the stages of localization, fragmentation, and macrodefect growth, when the sample continuity is significantly violated. This method provides information about damage evolution at the stage of strain softening, and allows one to study experimentally damage accumulation during triaxial proportional and nonproportional deformation of rocks.

Keywords: biaxial nonproportional loading, nonuniform compression, acoustic emission, damage, localized deformation bands, macrofracture

 

 

И.А. Пантелеев, Ю.Ф. Коваленко, Ю.В. Сидорин, А.В. Зайцев, В.И. Карев, К.Б. Устинов, Н.И. Шевцов  Эволюция поврежденности при сложном неравнокомпонентном сжатии песчаника по данным акустической эмиссии // Физ. мезомех. - 2019. - Т. 22. - № 4. - С. 56-63