Науковий вісник НГУ

Термодинамічний аспект руйнування гірських порід

• 
• 

Рейтинг користувача:  / 0

ГіршийКращий 

Деталі

Категорія: Зміст №1 2020

Останнє оновлення: 11 березня 2020

Опубліковано: 11 березня 2020

Перегляди: 2427

Authors:

В. А. Мащенко, кандидат фізико-математичних наук, доцент, orcid.org/0000-0001-6968-762X, Одеська державна академія технічного регулювання та якості, м. Одеса, Україна, e-mail: volodymyr_mashchenko@ ukr.net

О. Є. Хоменко, доктор технічних наук, професор, orcid.org/0000-0001-7498-8494, Національний технічний університет «Дніпровська політехніка», м. Дніпро, Україна

В. П. Квасніков, доктор технічних наук, професор, orcid.org/0000-0002-6525-9721, Національний авіаційний університет, м. Київ, Україна

 повний текст / full article

Мета. Оцінити зміни вільної енергії при переході із нерівноважного стану гірської породи в рівноважний. Цей процес реалізує процес динамічного крихкого руйнування на структурних дефектах гірської породи як мікронеоднорідного середовища.

Методика. Включала проведення в рамках статистичної термодинаміки серії експериментальних досліджень щільності та швидкості поширення поздовжніх і поперечних акустичних хвиль у зразках пісковиків за різних умов навантаження.

Результати. За експериментальними даними швидкостей поширення поздовжніх і поперечних акустичних хвиль для ряду пісковиків за різних режимів навантаження встановлено значення механічних і термодинамічних параметрів, що характеризують стан гірських порід. Проведено порівняльний аналіз частотних залежностей вільної енергії від величини коефіцієнта Пуассона.

Наукова новизна. Запропонована модель термодинамічної системи, що описує енергоактивований процес переходу гірської породи від нерівноважного стану в рівноважний, під час зовнішнього збурення поверхневими акустичними хвилями. Розкрита можливість оцінки міри повільного динамічного руйнування за температурою Дебая. Обґрунтовано механізм дисипації внутрішньої енергії на структурних дефектах системи, із переходом її частини в тепловий рух структурних елементів.

Практична значимість. Розроблена методика дослідження термодинамічного стану неідеально-пружних гірських порід методами неруйнуючого контролю. Встановлено взаємозв’язок між механічними параметрами гірської породи й характеристиками процесу переходу її із нерівноважного стану в рівноважний.

References.

1. Markochev, V. M., & Alymov, M. I. (2017). On the brittle fracture theory by Ya. Frenkel and A. Griffith. Chebyshevskii Sbornik, 18(3), 377-389.

2. Zuev, L. B. (2015). Macroscopic Physics of Plastic Deformation of Metals. Uspehi Fiziki Metallov, 16(1), 35-60. https://doi.org/10.15407/ufm.16.01.035.

3. Ştiucă, P., Runigă, C., & Vasilescu, A. (2018). The behavior of the self-focusing and self-defocusing materials – a review. Romanian Journal of Mechanics, 3(1), 49-61.

4. Knauss, W. G. (2015). A review of fracture in viscoelastic materials. International Journal of Fracture, 196(1-2), 99-146. https://doi.org/10.1007/s10704-015-0058-6.

5. Sosnovskiy, L. A., Zhuravkov, M. A., Sherbakov, S. S., Bogdanovich, A. V., Makhutov, N. A., & Zatsarinnyi, V. V. (2015). Fundamental last of the ultimate state of objects at the effects of multi parameter power factors and thermodynamic environment. Part II. Mechanics of Machines, Mechanisms and Materials, 4(33), 76-92.

6. Fedotov, S. N. (2017). Quasi-brittle fracture as failure of hierarchical structure. Physical Mesomechanics, 20(2), 222-228. https://doi.org/10.1134/s1029959917020126.

7. Khomenko, O. Y., & Kononenko, M. M. (2019). Geo-energetics of Ukrainian crystalline shield. Naukovyi Visnyk Natsionalnoho Hirnychoho Universytetu, (3), 12-21. https://doi.org/10.29202/nvngu/2019-3/3.

8. Khomenko, O., Kononenko, M., & Bilegsaikhan, J. (2018). Classification of Theories about Rock Pressure. Solid State Phenomena, 277, 157-167. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/ssp.277.157.

9. Haponenko, K. M., & Sokolovsky, A. I. (2017). Non-equilibrium Gibbs thermodynamic potential of a magnetic system Vіsnik Dnіpropetrovskoho unіversitetu. Serіa Fizyka, ra­dio­elek­tro­nika, 24(23), 45–52.

10. Naimark, O. B., Uvarov, S. V., Davydova, M. M., & Bannikova, I. A. (2017). Multiscale statistical laws of dynamic fragmentation. Physical Mesomechanics, 20(1), 90-101. https://doi.org/10.1134/s1029959917010088.

11. Khomenko, О., Sudakov, А., Malanchuk, Z., & Malanchuk, Ye. (2017). Principles of rock pressure energy usage during underground mining of deposits. Naukovyi Visnyk Natsionalnoho Hirnychoho Universytetu, (2), 35-43.

12. Shuman, V. N. (2011). Geomedium as an open nonlinear dissipative dynamic system – the problem of identification, possibility of control, forecast of evolution (Review). Geophysical Journal, 33(5), 35-50.

13. Khomenko, O., Kononenko, M., Kovalenko, I., & Astafiev, D. (2018). Self-regulating roof-bolting with the rock pressure energy use. E3S Web of Conferences, 60, 00009. https://doi.org/10.1051/e3sconf/20186000009.

14. Zhanchiv, B., Rudakov, D., Khomenko, O., & Tsendzhav, L. (2013). Substantiation of mining parameters of Mongolia uranium deposits. Naukovyi Visnyk Natsionalnoho Hirnychoho Universytetu, (4), 10-18.

15. Sadovenko, I. O., & Mashchenko, V. A. (2012). Method for estimating the value of surface energy of rocks. Geotechnical mechanics, (107), 58-63.

16. Poluektov, Y. M. (2015). Self-consistent description of a system of interacting phonons. Low Temperature Physics, 41(11), 922-929. https://doi.org/10.1063/1.4936228.

17. Ginzel, E., & Turnbull, B. (2016). Determining Approximate Acoustic Properties of Materials. e-Journal of Nondestructive Testing (NDT), (12), 1-10.

18. Vinh, P. C., & Xuan, N. Q. (2017). Rayleigh waves with impedance boundary condition: Formula for the velocity, existence and uniqueness. European Journal of Mechanics – A/Solids, 61, 180-185. https://doi.org/10.1016/j.euromechsol.2016.09.011.

19. Mashchenko, V. A., & Sadovenko, I. O. (2014). Investigation of peculiarities of deformation of nonideal-elastic rocks. Naukovyi Visnyk Natsionalnoho Hirnychoho Universytetu, (6), 80-86.

20. Shashenko, O. M., Hozyaykina, N. V., & Meshchaninov, S. K. (2008). Investigation of the collapse of the roof of the treatment work using the finite element method and the entropy-integral. Naukovyi Visnyk Natsionalnoho Hirnychoho Universytetu, (8), 28-31.

21. Biswas, S., Mukhopadhyay, B., & Shaw, S. (2017). Rayleigh surface wave propagation in orthotropic thermoelastic solids under three-phase-lag model. Journal of Thermal Stresses, 40(4), 403-419. https://doi.org/10.1080/01495739.2017.1283971.

• < Попередня
• Наступна >