Регистрация / Вход
Прислать материал

Определение пористости образцов шунгита и пирографита методом контактной лазерно-ультрозвуковой структуроскопии

Фамилия
Павлов
Имя
Илья
Отчество
Алексеевич
Номинация
Горное дело
Институт
Горный институт
Кафедра
Физических процессов горного производства и геоконтроля
Академическая группа
ГФ-14-1
Научный руководитель
д. т. н., проф. Черепецкая Е.Б.
Название тезиса
Определение пористости образцов шунгита и пирографита методом контактной лазерно-ультрозвуковой структуроскопии
Тезис

Метод определения пористости и локальных модулей упругости базировался на

измерении скоростей распространения продольных и сдвиговых упругих волн с погрешностью,

не превосходящей 0,2%. Использовался «времяпролетный» метод и лазерно-ультразвуковой

дефектоскоп УДЛ-2М. Результаты измерений скоростей продольных и сдвиговых волн и

рассчитанные по ним модули упругости приведены в Таблице 1:

Таблица 1

Материал
(p, г/см3)

Clz, м/с

Ctz, м/с

модуль Юнга
Е, ГПа

модуль сдвига
µ, ГПа

коэффициент Пуассона σ

шунгит (2,2470)

3944

2710

37

17

0,12

шунгит (1,1203)

2110

-

-

-

-

пирографит (1,8196)

3220

1622

11

4

0,36

пирографит (1,8175)

3290

1674

14

5

0,33

 

Скорость сдвиговой волны в шунгите (1,1203) определить не удалось из-за сложности регистрируемого сигнала и невозможности идентификации. Это связано с повышенной пористостью (по сравнению с шунгитом (2,2470)), которая выражается в том числе в более низком значении скорости распространения продольных ультразвуковых волн.

Из табличных данных видно, что шунгит (2,2470) обладает большей способностью к сопротивлению при растяжении/сжатии и сдвиге, то есть является более «жестким» по отношению к пирографитам, и в то же время является более хрупким материалом по отношению  к ним (коэффициент Пуассона ближе к нулю).

Объемная концентрация газовых пор (пористость) образца P, усредненная по всему объему, определяется по формуле:

(1) P = 1 - (p/p0)

где p – измеренная плотность образца, p0 – плотность материала без пор. Для значений пористости до 20÷25% для однофазной среды справедливо соотношение:

(2) Cl/Cl0 = (1 - P2/3)1/2

где Cl - скорость распространения продольной ультразвуковой волны в образце, а Cl0 – аналогичная скорость в идеальном материале без пор.

Полученные по измеренным скоростям упругих волн значения пористости приведены в таблице 2.

Таблица 2

Материал (p, г/см3)

Cl, м/с

Cl0, м/с 

P, %

шунгит (2,2470)

3944

4000

0,8

пирографит (1,8196)

3220

4000

21

пирографит (1,8175)

3290

4000

18

 

Таким образом, измеряя скорости упругих волн с погрешностью не более 0,2%, можно рассчитать локальные модули упругости образцов и их пористость.