Национальный цифровой ресурс Руконт - межотраслевая электронная библиотека (ЭБС) на базе технологии Контекстум (всего произведений: 637035)
Контекстум
Электро-2024
Прикладная механика и техническая физика

Прикладная механика и техническая физика №4 2006 (352,00 руб.)

0   0
Страниц182
ID200358
АннотацияЖурнал публикует оригинальные статьи и заказные обзоры по механике жидкости, газа, плазмы, динамике многофазных сред, физике и механике взрывных процессов, электрическому разряду, ударным волнам, состоянию и движению вещества при сверхвысоких параметрах, теплофизике, механике деформируемого твердого тела, композитным материалам, методам диагностики газодинамических физико-химических процессов.
Прикладная механика и техническая физика : Научный журнал .— Новосибирск : Издательство Сибирского отделения Российской академии наук .— 2006 .— №4 .— 182 с. : ил. — URL: https://rucont.ru/efd/200358 (дата обращения: 29.05.2024)

Предпросмотр (выдержки из произведения)

Рассматривается поток энергии, переносимой волной Рэлея, и дается оценка доли энергии взрыва, поступающей в 4 ПРИКЛАДНАЯ МЕХАНИКА И ТЕХНИЧЕСКАЯ ФИЗИКА. <...> В результате взаимодействия этой волны со свободной поверхностью возникает поверхностная сейсмическая волна, или волна Рэлея. <...> С увеличением глубины амплитуда вертикальной компоненты смещения uz сначала слабо растет, достигает некоторого максимума, а затем убывает приблизительно экспоненциально. <...> Возмущение поверхности затухает быстрее, чем на глубине. R-волна распространяется в двух направлениях: вдоль свободной поверхности и на глубину. <...> Различие заключается в том, что положение границы zs , на которой происходит смена направления вращения частиц в гармонической волне, определяется по фор- ПРИКЛАДНАЯ МЕХАНИКА И ТЕХНИЧЕСКАЯ ФИЗИКА. <...> Волна Рэлея образуется на некотором расстоянии от эпицентра взрыва. <...> , А. П. Садов Уральский государственный университет путей сообщения, 620034 Екатеринбург E-mails: sbautin@math.usart.ru, alsadov@yandex.ru В рамках одной термодинамической модели в зависимости от скорости распространения фронта бегущей волны по нехолодному газу выделены три режима. <...> 47, N-◦ 4 16 Плоскосимметричные течения теплопроводного невязкого газа с уравнениями состояния (1) и коэффициентом теплопроводности (2) описываются системой уравнений ρt + uρx + ρux = 0, ut + uux + [T ρx + (ρ + σ1 T 3 )Tx ]/(γρ) = 0, <...> Физический механизм лучистой теплопроводности отличается от механизма молекулярной теплопроводности. <...> В отличие от молекулярной теплопроводности механизм лучистой теплопроводности не предполагает возникновения в газе эффекта вязкости [1, 2, 6]. <...> Заметим, однако, что величина ∂p(ρ, T )/∂ρ определяет скорость звука в течениях теплопроводного невязкого газа независимо от того, постоянна температура потока или переменна. <...> Ранее рассматривались бегущие волны в теплопроводном (κ0 6= 0) невязком газе. <...> В данной работе, в отличие от перечисленных выше исследований, в случае уравнений состояния (1 <...>
Прикладная_механика_и_техническая_физика_№4_2006.pdf
ПРИКЛАДНАЯ МЕХАНИКА И ТЕХНИЧЕСКАЯ ФИЗИКА. 2006. Т. 47, NУДК 550.348.425.4 ДВИЖЕНИЕ ГРУНТА В ВОЛНЕ РЭЛЕЯ, ВОЗНИКАЮЩЕЙ ПРИ ПОДЗЕМНОМ ВЗРЫВЕ В. А. Симоненко, Н. И. Шишкин, Г. А. Шишкина Всероссийский научно-исследовательский институт технической физики, 456770 Снежинск E-mail: simonenko@vniitf.ru Получены аналитические представления для полей смещений и напряжений в поверхностной волне Рэлея (R-волне), возникающей в упругом полупространстве от внутреннего источника, который формирует такую же сейсмическую P-волну, что и подземный взрыв. Рассчитаны осциллограммы и траектории частиц, а также напряжения внутри полупространства и на его поверхности. Получены соотношения для потока энергии в R-волне. Для каменной соли оценена доля энергии взрыва, переходящей вR-волну. Установлено, что эта доля может достигать значений порядка 1 % полной энергии взрыва, если взрыв происходит на камуфлетной глубине. При увеличении глубины заложения заряда энергия R-волны уменьшается приблизительно обратно пропорционально глубине. Ключевые слова: подземный взрыв, волна Рэлея, смещение, напряжения, поток энергии. Введение. Упругие поверхностные волны Рэлея (R-волны) [1] возникают при динамических воздействиях на поверхности упругих тел. В конструкциях малых размеров они находят применение в качестве ультразвуковых волн. Волны Рэлея наблюдаются и в крупных конструкциях, инженерных сооружениях. R-волны возникают также при взрывах, землетрясениях и ударах космических тел о планеты. Сейсмические R-волны используются для зондирования земной коры и изучения ее строения, длинные R-волны — для исследования мантии Земли. Рэлеевские волны, образующиеся при взрыве, содержат значительную долю энергии взрыва и на некотором расстоянии от эпицентра становятся доминирующими среди других сейсмических волн. В них содержится информация об источнике энергии и свойствах среды. Например, результаты анализа записей R-волн при некоторых подземных ядерных взрывах позволили сделать вывод, что в эпицентрах взрывов происходили откольные разрушения среды [2]. В [3] показано, что при ударах космических тел о Землю фокусировка R-волны в области антипода (области, диаметрально противоположной месту удара) может приводить к образованию таких необычных геологических структур, как трубки взрыва, или диатремы. Волны Рэлея, возникающие в упругом полупространстве под действием сосредоточенного источника, рассматривались в [4–6]. В работе [7] изучалась задача Лэмба в случае изотропной упругой сферы, там же получены выражения для волны Рэлея на поверхности упругой сферы. В [8] исследовано движение поверхности грунта при взрыве в полупространстве, в [9] — движение поверхности упругого шара при заглубленном взрыве. В работе [10] изучались волны Рэлея, распространяющиеся вдоль искривленной поверхности упругого тела, создаваемые гармоническим источником. В данной работе для взрывов на большой глубине представлены более полные результаты исследования волны Рэлея как на поверхности упругого полупространства, так и внутри него. Рассматривается поток энергии, переносимой волной Рэлея, и дается оценка доли энергии взрыва, поступающей в ◦ 4 3
Стр.1
4 ПРИКЛАДНАЯ МЕХАНИКА И ТЕХНИЧЕСКАЯ ФИЗИКА. 2006. Т. 47, N◦ 4 R-волну. Такие данные необходимы для более точных оценок разрушающего воздействия R-волн на различные инженерные сооружения, а также при описании динамических геологических процессов, происходящих в областях, диаметрально противоположных месту удара космических тел о поверхность планет [3]. 1. Источник волн. Сейсмическая продольная P-волна, возникающая при подземном ядерном взрыве, описана в работе [11] с использованием потенциала поля упругих перемещений, содержащего три свободных параметра: ϕ(t,R) = − Φ(∞) R f(τ). (1.1) Здесь t  0 — время, отсчитываемое с момента взрыва; R > 0 — расстояние до центра взрыва; Φ(∞)f(τ) — приведенный потенциал; Φ(∞) — стационарное значение приведенного потенциала; f(τ) = 1 − e−τ(1 + τ + τ2/2 + τ3/6 − Bτ4) — функция источника, формирующего такую же сейсмическую P-волну, что и подземный взрыв; τ = (t − R/cp)/t0; t0 — характерная длительность излучения волны; cp — скорость распространения продольных упругих волн; B — постоянная, зависящая от свойств среды. С характерным временем t0 связана характерная длина cpt0, которая для скальных пород приблизительно равна радиусу зоны дробления, окружающей очаг взрыва. Следует отметить, что аппроксимирующий полином четвертой степени, содержащийся в функции источника, позволяет удовлетворительно описать потенциал в ближней сейсмической области взрыва. Как показано в [12], на телесейсмических расстояниях более приемлемой аппроксимацией является полином второй степени. Кроме того, при малых глубинах взрыва, на которых происходит откол в эпицентре взрыва, более приемлемым является полином третьей степени [2]. Данные аппроксимации могут быть получены путем отбрасывания соответствующих степеней и подбора коэффициента B при старшей степени полинома в функции f(τ). Энергия Ep, излучаемая на “бесконечность” в виде P-волны, определяется по формуле [11] Ep = πα(B)ρ0c2 pκΦ(∞), (1.2) где ρ0 — плотность среды; α(B) = (5+3(1+24B)2)/64; κ = Φ(∞)/(cpt0)3. 2. Волна Рэлея. Сосредоточенный взрыв в однородной упругой среде генерирует сейсмическую волну продольного типа (P-волну). В результате взаимодействия этой волны со свободной поверхностью возникает поверхностная сейсмическая волна, или волна Рэлея. Рассмотрим движение, возникающее в упругом полупространстве под действием источника (1.1). Введем цилиндрическую систему координат Orϕz, в которой ось z направлена внутрь среды, а ось r — вдоль свободной поверхности z = 0 (рис. 1). Источник поместим в точку (0, z0). Движение предполагается не зависящим от угловой координаты ϕ. С начального момента t = 0 и до момента подхода P-волны к свободной поверхности движение описывается потенциалом (1.1), который в безразмерных переменных имеет вид ϕ0(t, r, z) = −f(t− r2 +(z0 −z)2 )/r2 +(z0 −z)2 . ϕ0(t, r, z) = ϕ(t,R)/(κ(cpt0)2), R =r2 +(z0 −z)2 . С момента начала отражения P-волны от свободной поверхности движение описывается потенциалами ϕ1 и ψ(0,ψ, 0), связанными с полем смещений u зависимостью u = gradϕ1 +rotψ, (2.1) Здесь время t измеряется в единицах t0, расстояние — в единицах cpt0. Потенциал (2.1) можно записать в виде
Стр.2
В. А. Симоненко, Н. И. Шишкин, Г. А. Шишкина O R0 zs zp z0 PP PS r 5 P z Рис. 1. Система координат, положение фронтов волн и контрольная поверхность — цилиндр радиуса R0 где ϕ1 = ϕ0 + ϕ. Потенциалы ϕ и ψ находятся из решения волновых уравнений теории упругости ∂2ϕ ∂t2 = ∆ϕ, 1 γ2 ∂2ψ ∂t2 = ∆ψ − ψ r2 , t  z0, r  0, z  0 (2.2) (∆—оператор Лапласа; γ = cs/cp; cs —скорость распространения поперечных волн) при нулевых начальных данных и равенстве нулю вектора напряжений на свободной поверхности: ϕ  1 γ2 −2∂2ϕ ∂t2 +2 ∂2ϕ t=0 = ψ ∂z2 +2 ∂2ψ 2 ∂2ϕ ∂r ∂z + 1 t=0 = ∂ϕ ∂t ∂r∂z + 2 r γ2 ∂ψ ∂r   t=0   z=0 ∂2ψ ∂t2 −2 ∂2ψ ∂z2 = ∂ψ ∂t = −   z=0   t=0 = 0,  1 γ2 −2∂2ϕ0 = −2 ∂2ϕ0 ∂r ∂z ∂t2 +2 ∂2ϕ0 . ∂z2   z=0 С помощью преобразования Лапласа по t и преобразования Фурье — Бесселя по r можно получить решение задачи (2.2), (2.3) в виде [6, 13] ϕ(t, r, z) = ϕ0(t, r, z1)−ϕ0(t, r, z2)+ϕ1(t, r, z2), ϕ0(t, r, z) = −f(t−ρ)/ρ, ρ = (r2 +z2)1/2, z1 = z −z0, z2 = z +z0, ϕ1(t, r, z2) = γ ∞ 0 ψ(t, r, z2) = γ ∞ 0 kJ0(kr) 1 2πi kJ1(kr) 1 2πi  l  l F(kγξ)X(ξ) e−kg1(ξ) dξ dk, F(kγξ)Y (ξ) e−kg2(ξ) dξ dk, (2.4)   z=0 , (2.3)
Стр.3