Кіріспе. Тау жыныстарының физикасының мақсаты мен есептері
жүктеу/скачать 281,03 Kb.
|
Лекции каз ФГП
- Бұл бет үшін навигация:
- 9 Дәріс
- Кілт сөздер
- Әдістемелік нұсқау
| Негізгі әдебиеттер: 1.[45-65]
Бақылау сұрақтары: 1.Тау жыныстарының механикалық параметрлерін атап көрсетіңіз. 2.Тау жыныстарына кернеудің қандай түрлері әсер етеді? 3.Жартасты, байланысқан және жеке-түйіршікті жыныстардың паспорттарының айырмашылығының ерекшеліктері. № 9 Дәріс Тау-кен жыныстары үлгілерінің беріктік қасиеттері Аннотация: Жыныстардың серпімділік қасиеттерін бағалайтын басқа параметрлер - кернеулер арасындағы және соған сәйкес серпімді деформациялар арасындағы пропорционалдық коэффициенттер. Кілт сөздер:Бұзылу,бұзылудың мегаскопиялық деңгейі, дилатансия микроскопиялық деңгейі, жарықшақ, ұзақты беріктігінің шегіне. Жоспар: 1.Тау-кен жыныстары үлгілерінің беріктік қасиеттері оғары көміртекті феррохром өндірісінде балқытуды жүргізу. 2.Жыныстардың бұзылуы. 3.Бұзылудың мегаскопиялық деңгейі. 4.Ұзақты беріктігінің шегі. 5.Тау-кен жыныстары үлгілерінің акустикалық қасиеттері Әдістемелік нұсқау Жыныстың беріктігі, оны бұзылуға әкеліп соғатын шекті кернеу шамасымен анықталады. Бұл кернеу әр жыныстар үшін және түсірілген күштердің әр қайсысы үшін әр түрлі болады. Олар беріктік шектері деп аталады. Жыныстың беріктік шектерінің қысу кезіндегі σКЫСУ, созу кезіндегі σс, ысырылу кезіндегі τы, σп иілу кезіндегі және т.б. түрлері болады. Бұзылу - бұл кристалдық тордағы атомдар мен иондар арасындағы байланыстың үзілуі. Үзуге кажетті күш шамасы атомдар арасындағы байланыс түріне және заттың кристалдық торының құрылысына байланысты. Есептеу нәтижесінде, атомдар арасындағы байланыс кристалдардың қандай да бір жазықтығында үзіледі, егер жанама және қалыпты кернеулердің осы жазықтықтағы мәні G2π және 0,1Е болса, онда жыныстар үшін σб шамамен 104 МПа болуы керек. Бірақ созылу кезіндегі беріктік шегінің дәл мәні теориялық мәнінен жүз тіпті мың есе аз (жыныстар үшін σб шамамен10 МПа). Мұндай айырмашылықтың болу себебі денелерде неше түрлі ақаулар кездеседі. Кристалдарда - бұл кристалдың нүктелік (вакансиялар) және сызықтық (дислокациялар) қисаюы. Жыныста - бұл түйірлер шекарасы - жазықтық және кеуектер - көлемді қисаю және жыныстың құрылысының бұзылуы. Жыныстың бұзылуының бірнеше масштабы (деңгейі) болады. Бұзылудың мегаскопиялық деңгейі жыныс массивті жаруға, олардың ысырылуы мен кұлауына тән. Бұл жағдайда бүзылғыштыққа үлкен жарықшақтар көп әсер етеді (ІІІ тарауды қараңыз). Ұсақ жарықшақтар, кеуектер, агрегаттар арасындағы байланыстар макроскопиялық бұзылуға себепкер болады Мысалы, қазу агрегаттарымен (экскаватор, комбайндер), бұрғылау аспаптарымен әсер еткен жағдайда. Бұзылудың микроскопиялық деңгейі пайдалы қазбаларды диірмендерде ұсақтауға, кейде скважина бұрғылау кездеріне тән. Бұзылудың бұл сатысында кристалдар мен түйірлер арасындағы байланыс үзіледі. Бұл жағдайда дислокация мен вакансияның айтарлықтай ролі бар. Кристалдарда дислокация тығыздығы өте жоғары, оның 1012 1см2 -қа дейін кұрауы мүмкін. Дислокация тығыздығының ұлғаюы минералдарды әлсіретеді, оларда пластикалық деформацияның болуына әкеледі. Сонымен қатар дислокацияның қанығуы, дислокация ұштарының шатасуы мен ұстасуының, және еркін сырғанау жарықтығының жоғалу себебімен кристалдың азаюуына да әкелуі мүмкін (3.13 сурет). Тау-кен жыныстарының бұзылуы не морт, не пластикалық сипатта болып келеді. Морт бұзылуы кезінде атомдардың бір-бірінен ажырау жазықтығы бойынша үзілуі мүмкін. Бұл үшін пластикалық бұзылуға қарағанда сырттан көбірек күш әсер етуі қажет. Ұсақ жарықшақтар, кеуектер, бірыңғай емес әлсіреу жазықтықтары тау-кен жыныстарының бұзылуының басымдылық морт сипатын анықтайды, сондықтан олардың бұзылу механизмі А.Гриффитис жасаған морт бұзылу теориясы арқылы түсіндіріледі. Бұл теория бойынша бұзылудың басталуы үшін қатты дене көлеміндегі шегіне жеткен жарықшақтар шешуші мәнге ие. Жарықшақтар шетіне, орташа кернеуден едәуір көп, кернеулер шоғырланады σ. Мысалы, жарықшақ ұзындығы 21 және ұшының иін радиусын r болғанда жарықшақ шетіндегі кернеу мынаған тең болады (9.1)
(9.2) мұндағы 4 - жыныстың бірлік көлденең мөлшеріне келетін жарықшақтың екі жазықтығының салыстырмалы ауданы. Сыртқы күштердің әсер етеуінің жыныста қолданған және жарықшақ пайда болуына қажет серпімді энергия (9.3) Әсер етуші күштің қандай-да бір ұзақтығына байланысты жыныс беріктігі, оның ұзақты (әдеттегі) беріктігі σб деп аталады. Күштің әсер ету уақытының көбеюімен аұ шамасы қисықтық бойымен азайып, ұзақты беріктігінің шегіне σ∞ дейін жақындайды. Саздары мен КМА мергельдері үшін σ∞ =0,5 σқысу. Басқа жыныстар үшін ұзақты беріктігінің шегі σ∞=0,70,8 σқысу. Саздың ұзақты беріктігі мен күштің әсер ету уақыты t арасында эмпириялық байланыс анықталған: (9.4) мұндағы В- жыныс беріктілігін сипаттайтын тұрақты. Жыныстардың бұзылуы жарықшақтардың дамуына, жеке бөліктердің өзара жылжуына, яғни олардың босаңсуына әкеліп соғатындықтан, жынысқа күш түскенде деформацияланушы үлгінің көлемінің өсуі байқалады. Деформациядан туындаған, жыныстың серпімді өзгерісіне қатынасы көлемінің ұлғаю дилатансия деп аталады. Жыныстың морт бұзылуының алдын алатын дилатансия кернеудің шамасы σ0,4σқысу болғанда басталады және көлемінің серпімді өзгеруімен шамалас (кері таңбамен). Пластикалық деформация кезіндегі дилатансия аққыштық шегінен кейін көріне бастап, серпімді деформация шамалаларынан едәуір үлкен шамаға дейін жетеді. Дилатансия шамасы күштің әсер ету ұзақтығына да байланысты. Күштің әсер ету уақытының өсуімен, бұзылудың алдында, жыныс көлемінің шұғыл ұлғаюы байқалады. Жыныс күйінің күрделі ширыққан кезінде беріктігін бағалау үшін бір осьті күшпен әсер ету кезіндегі беріктік шегінен басқа қосымша белгілерді пайдаланады. Олар қатты денелер беріктігінің қабылданған теориясына байланысты белгіленеді. Мысалы, жыныстардың морт бұзылуы басым процестерді есептекенде Сен-Венанның белгілі макисмал деформациялар теориясын пайдалануға болады. Бұл теория бойынша дененің бұзылуы, ең үлкен салыстырмалы деформация оның жәй қосу кезіндегі шекті мәніне тең болғанда басталады. Пластикалық жыныстардың бұзылуын бағалау үшін максимал жанама кернеулер теориясын (Кулон теориясы) қолдануға болады. Бұл теория бойынша бұзылу, τ өзінің τ0 мәніне жеткен кезде басталады. Тау-кен жыныстары үшін қолайлы МОР беріктік теориясы кең қолданыс тапқан. Бұл теория күрделі ширыққан күйдегі дененің әр нүктесіндегі жанама және қалыпты кернеулер арасындағы байланыстарға негізделген. Мор теориясы бойынша бұзылу, не жанама кернеу τ, шамасы үлгіге әсер етуші қалыпты кернеудің шамасының өсуімен қатар, белгілі бір шегі τ0 мәнінен асып кетсе, не τ=0 болғанда қалыпты σсозу күштері шектен асып кетсе басталады. Шекті қалыпты және жанама кернеулер арасындағы байланыс графикте парабола түрінде кескінделеді. Ол жыныстың әр түрі үшін, бір қатар беріктік параметрлерін анықтау нәтижелері бойынша созылады. Жынысқа күшпен әсер еткенде дененің кез-келкен жазықтығында жанама және қалыпты кернеулер пайда болатыны, олардың өзара байланысты және есептеп шығаруға болатындығы белгілі. Мысалы, егер үлгі жазықгы ширыққан күйде болатын болса, (σ1 көп жөне σ3 аз кернеу) онда жазықтық бұрышы α бойынша мынандай кернеулер әсер етеді. (9.5) жанама
(9.6) σ1 және τ арасындағы байланысты график түрінде, кернеулер шеңбері арқылы беруге болады. Ол үшін, абсцисса осьі бойымен үлгіге әсер етуші қалыпты кернеудің максимал және минимал мәндерін салып, ұзындық айырмасын диаметр ретінде алып, шеңбер сызады. Егер кернеу анықталатын жазықтықтың бұрышы берілген болса, үлгінің кез-келкен нүктесіндегі жанама және қалыпты кернеудің мәнін табуға болады. Берілген бұрыш бойынша шеңбердің абсциссамен қиылысу нүктесінен бастап шеңбермен қиылысқанға дейін түзу сызық жүргізеді. Сызықтың шеңбермен қиылысу нүктесінің ординатасы жанама кернеудің мәніне тең, абсциссасы - қалыпты кернеудің мәніне тең болады. Ширыққан күйдің әр жеке мәніне кернеулер шеңбері сәйкес болады. Егер тау-кен жынысына бұзылу моментіне дейінгі бір осьті күшпен әсер етсе (σқысу =0) , бұл жағдай үшін де абсцисса осьіне σ1= σқысу мәнін салып, кернеулер шеңберін сызуға болады. Бұл шеңбер осы ширыққан күй үшін максимал болғандықтан, оны шекті деп атайды. Осы графикте және үшінде және күрделі ширыққан күйде, анықталған σб және τы беріктік шектері үшінде σб>0 болғанда шекті кернеулер шеңберлерін салуға болады. Нәтижесінде кернеулер шеңберінің бір топтамасы шығады. Графикте осы шеңберлер топтамасынан тыс жатқан нүкте арқылы сипатталатын жыныстың кез-келкен ширыққан күйі жыныс үшін бұзылу күйі болып табылады және керісінше. Сондықтан, шеңбердерді қоршай сызған сызық, дененің бұзылу сәтіндегі шекті ширыққан күйін сипаттайды. Шекті кернеулер шеңберлерін қоршай сызған сызықты тау-кен жынысының беріктік құжаты деп аталады. Мор теориясы тау-кен жыныстары үлгілеріне жүргізілген тәжірибелер нәтижелеріне жақын келеді. Беріктік құжаты парабола түрінде берілуі мүмкін. (9.7)
немесе (ордината осіне жақын бөлігінде) түзу сызык түрінде
мұндағы С-жыныстың ұстасуы, қалыпты кернеулер жоқ жағдайында жыныстың кесілу кезіндегі беріктік шегі; φ- ішкі үйкеліс бұрышы; tgφ- ішкі үйкеліс коэффициенті, бұзушы қалыпты және жанама кернеулердің өсуі арасындағы пропорционалдық коэффициент. Жыныстың σқысу және σб беріктік шеңбері белгілі болса, φ және С мәндерін есептеуге болады. Мор шеңберлерін қоршай сызған параболаны негізге алып, тығыз жыныстар үшін келесі теңдеулерді шығаруға болады: (9.9) м ұндағы (9.10) σқысу/σб қатынасының өсуімен С және φ бұрышы да көбейеді. жүктеу/скачать 281,03 Kb. Достарыңызбен бөлісу:
|