Акустические методы исследования в строительстве реферат

Обновлено: 05.07.2024

Для детальных геологических исследований, решения вопроса о наличии полезных ископаемых, а также для подсчетов их запасов бурят скважины, которые изучают с помощью геофизических методов исследования скважин (ГИС). ГИС необходимы также для надежной интерпретации результатов исследований полевыми геофизическими методами.

Содержание

1. Физические предпосылки применения метода…. ……………….….………..6

2. Задачи решаемые методом при контроле качества цементирования скважин……………………………………………………………………………. 10

3. Интерпретация результатов ……………………. ………………………….….14

Список использованной литературы…..………………………………………….22

Работа содержит 1 файл

Курсовая Акустические методы.doc

1. Физические предпосылки применения метода…. ……………….….………..6

3. Интерпретация результатов ……………………. ………………………….….14

Список использованной литературы…..…………………………………………. 22

ГИС применяют для решения геологических и технических задач. К геологическим задачам, в первую очередь, относят литологическое расчленение разрезов, их корреляцию, выявление полезных ископаемых и определение параметров, необходимых для подсчета запасов. К техническим задачам относят изучение инженерно-геологических и гидрогеологических особенностей разрезов, изучение технического состояния скважин, контроль разработки месторождений нефти, газа и угля, проведение прострелочно-взрывных работ. В данном учебнике основное внимание уделено изучению задач геологического характера.

Акустический каротаж (АК) основан на изучении характеристик упругих волн ультразвукового и звукового диапазона в горных породах. При АК в скважине возбуждаются упругие колебания, которые распространяются в ней и в окружающих породах и воспринимаются приемниками, расположенными в той же скважине.

Скважины бурят с целью изучения геологии, поисков и разведки месторождений нефти, газа, угля, руд, пресных и термальных вод, строительных материалов, решения задач гидрогеологии и инженерной геологии. Основное число скважин бурят при поисках, разведке и разработке нефтяных и газовых месторождений, где методы ГИС имеют особенно большое значение. В процессе бурения горные породы претерпевают изменения. Плотные прочные породы изменяются мало. Диаметр скважины в них близок к номинальному (т.е. приблизительно равен диаметру долота). В породах рыхлых, трещиноватых, склонных к гидратированию и размыву, образуются каверны. Существенные изменения происходят при разбуривании коллекторов, содержащих те или иные пластовые флюиды (нефть, газ, воду), так как во избежание неконтролируемых выбросов при бурении осуществляют репрессию на пласт, т.е. гидростатическое давление промывочной жидкости поддерживают выше пластового давления. В результате возникает фильтрация скважинной жидкости в проницаемые пласты. Исходный флюид — нефть, газ, пластовая вода — оттесняется, образуется зона проникновения, диаметр которой может превышать номинальный диаметр скважины на несколько сантиметров, десятков сантиметров и даже метров. Наличие этой зоны существенно усложняет определение характера насыщения пласта. Подвергшуюся наибольшему воздействию часть зоны проникновения называют промытой зоной. Размеры пор пород-коллекторов обычно не превышают сотен микрометров, что меньше размера глинистых частиц промывочной жидкости. Поэтому в пласт проникает лишь фильтрат жидкости, глинистые же частицы осаждаются на стенке скважины, уменьшая ее диаметр, таким образом, уменьшение диаметра скважины за счет образования глинистой корки характеризует, как правило, наличие проницаемого интервала.

Долговечность эксплуатации скважин в основном определяется качеством цементирования обсадных колонн. Качественное крепление колонн нефтяных и газовых скважин является одной из важнейших задач службы бурения. При низком качестве цементирования результаты опробования пластов, выполняемые на этапе разведки нефтегазовых месторождений, могут оказаться неверными, в результате чего продуктивные горизонты могут быть не обнаружены. Нарушение изоляции нефтеносных и водоносных пластов в эксплуатационных скважинах приводит к преждевременному обводнению добываемой продукции и к резкому сокращению производительности скважин. Некачественное цементирование нагнетательных скважин может приводить к прорывам закачиваемых вод, неравномерному заводнению пласта и, следовательно, к снижению конечной нефтеотдачи.

В настоящее время акустическая цементометрия является основным методом для оценки качества цементирования обсадных колонн.

Геологические условия многих газовых месторождений требуют применения облегченных тампонажных растворов. Для снижения плотности растворов используют наполнители из глинопорошка или газонаполненных стеклянных микросфер. Наполнитель из микросфер (мс) представляет собой легкий сыпучий порошок белого цвета, состоящий из отдельных полых частиц сферической формы размером в пределах 15-200 мкм, преимущественный диаметр 12-125 мкм. Вырабатывают микросферы из натриево-боросиликатного стекла.

1 Физические предпосылки, применение метода

Горные породы являются упругими телами, которые под действием внешней возбуждающей силы, претерпевают деформации объема (растяжение и сжатие) и деформации формы (сдвига).

Последовательное распространение деформации называется - упругой волной. Первое отклонение частицы от положения покоя называется - вступлением волны.

В акустическом каротаже различают (регистрируют) несколько типов волн:

- продольные волны связаны с деформациями объема твердой или жидкой среды, а поперечные с деформациями только твердой среды. Продольная волна представляет собой перемещение зон сжатия и растяжения вдоль луча, а поперечная - перемещение зон скольжения слоев относительно друг друга в направлении перпендикулярном лучу. Продольные волны распространяются в 1,5-10 раз быстрее поперечных;

- упругие (акустические) волны, как и все прочие волны, характеризуются определенным набором свойств. К этим свойствам относят: частоту волны, длину волны, скорость и амплитуду (затухание).

При проведении акустического каротажа наибольший практический интерес представляют два параметра волн – скорость и амплитуда. Следовательно, горные породы вскрытые скважиной можно изучать как по скорости распространения колебаний, так и по их затуханию.

Простейший измерительный зонд АК (рис.1) содержащий в своем составе излучатель (И) упругих волн звукового (2-20 кГц) и ультразвукового(2-60 кГц) диапазонов частот и расположенный от него на определенном расстоянии (1,4-3,5 м) широкополосный приемник.

Для проведения АК применяются и более сложные трех – и более элементные приборы.

Акустический каротаж на преломленных волнах предназначен для измерения интервальных времен Dt (Dt =1/v, где v – скорость распространения волны, м/с), амплитуд А и коэффициентов эффективного затухания a преломленной продольной, поперечной, Лэмба - Стоунли продольных волн, распространяющихся в горных породах, обсадной колонне и по границе жидкости, заполняющей скважину, с горными породами или обсадной колонной. Единицы измерения – микросекунда на метр (мкс/м), безразмерная (для А) и a-децибел на метр (дБ/м) соответственно.

Данные АК применяют: для литологического расчленения разрезов и расчета упругих свойств пород; локализации трещиноватых пород, трещин гидроразрывов и интервалов напряженного состояния пород; определения коэффициентов межзерновой и вторичной (трещинно-каверновой) пористости коллекторов и характера их насыщенности; выделения проницаемых интервалов в чистых и глинистых породах; расчета синтетических сейсмограмм и интеграции результатов скважинных измерений с наземными и скважинными сейсмическими данными.

Измерения выполняют в необсаженных и, при определенных ограничениях, обсаженных скважинах, заполненных любой негазирующей промывочной жидкостью.

Схема работы скважинного прибора акустического каротажа.

Итак, данные АК применяются для решения следующих задач:

В открытом стволе:

Литологическое расчленение разреза.

- Определение коэффициента пористости коллекторов.

- Определение кинематических свойств горных пород для корреляции данных сейсморазведки.

В обсаженной скважине:

- Контроля качества цементажа эксплуатационных колонн.

- Контроля технического состояния труб эксплуатационной колонны.

Акустический метод контроля качества цементажа, использующий свойства преломленной волны, позволяет:

- определять высоту подъема сформировавшегося цементного кольца (при определенных условиях);

- определять интервалы бездефектного цементного кольца;

- выделять интервалы с дефектами цементного кольца и оценивать размеры дефектов;

- определять влияние механических и других воздействий на состояние цементного кольца.

При излучении упругого импульса в обсаженной скважине, вдоль оси скважины, распространяются упругие волны различного типа (см. рис 2). В общем случае, при наличии контакта цементного камня с колонной и горной породой, волновые картины, представляют собой волну по обсадной колонне(1), продольную волну(2) по горной породе, поперечную волну(3) по горной породе, гидроволны(4) по промывочной жидкости, поверхностные волны(5) Лэмба –Стоунли. Можно выделить следующие параметры сигналов ВК:

- Т1-время распространения от излучателя до первого приемника первой положительной фазы колебаний, превышающей по амплитуде установленный пороговый уровень Ип;

- Т2- время распространения от излучателя до второго приемника первой положительной фазы колебаний, превышающий по амплитуде установленный пороговый уровень Ип;

- А1п-амплитуда сигнала первой положительной фазы колебаний, которая превышает установленный пороговый уровень Ип, и регистрируется во временном окне, открывающемся в момент времени Т1;

- А2п-амплитуда сигнала первой положительной фазы колебаний, которая превышает установленный пороговый уровень Ип, и регистрируется во временном окне, открывающемся в момент времени Т2 на втором приемнике;

- А1к-амплитуда упругих волн, регистрируемая в фиксированном временном окне, которое устанавливается в интервале прихода на первый приемник первого положительного вступления волны по колонне;

- А2к-амплитуда упругих волн, регистрируемая в фиксированном временном окне, которое устанавливается в интервале прихода на второй приемник первого положительного вступления волны по колонне.

Кинематические и динамические параметры упругих волн, распространяющихся в околоскважинном пространстве, изучают по результатам измерений широкополосного акустического каротажа. Кинематические параметры характеризуют скорость и направление этих волн в породах, динамические –затухание энергии и их частотные особенности.

Для регистрации этих параметров используют схему приведенную на рисунке.

Расстояние от излучателя до приемника П называется размером (длиной) зонда-L1, L2,

расстояние между сближенными одноименными преобразователями-базой зонда Dl.

Информация регистрируется в виде волновых картинок ВК, фазокорреляционных диаграмм(ФКД), и кривых.

ФКД-графическое отображение изменения сигнала, снятых с приемника при его перемещении по скважине (рис.3)

Волновая картинка - графическое отображение электрического сигнала, снятого с приемника в конкретной точке наблюдения.

Интервальное время Dt(измеренное время распространения волны на фиксированной базе DL) определяется по формуле Dt = t2-t1 /DL ,мкс/м

Для пока нальных параметров t1, t2 ,A1, A2, точками записи (рис3) являются:

для первого канала – середина расстояния от ближнего приемника до излучателя (точка О1)

для второго - середина расстояния от дальнего приемника до излучателя (точка О2)

2 Задачи решаемых методов при контроле качества

Контроль качества цементирования обсадных колонн в нефтегазовых скважинах является одним из важнейших видов геофизических исследований, выполняемых промыслово-геофизическими предприятиями страны при строительстве и эксплуатации скважин.

Контроль качества цементирования скважин (КЦС) заключается в исследовании состояния цементного кольца в заколонном пространстве скважины с целью определения степени изоляции продуктивных и водоносных пластов друг от друга и остальной части геологического разреза скважины.

В настоящее время одним из основных геофизических методов контроля КЦС является акустический метод, основанный на возбуждении в скважине импульсов упругих колебаний и регистрации головных волн, распространяющихся вдоль оси скважины по обсадной колонне и горным породам.

Акустические цементомеры с трехэлементными зондами интегрального типа позволяют определять средние по периметру обсадной колонны характеристики цементного кольца за обсадной колонной, поэтому они используются для общих (массовых) исследований обсадных колонн по всему стволу с целью определения интервалов с бездефектным цементным кольцом и выделения интервалов с дефектами цементирования.

Акустические цементомеры интегрального типа не позволяют определять тип дефектов цементирования (объемный или контактный), оценивать размеры дефектов и их ориентацию в пространстве. Эта информация необходима для оценки возможности ликвидации дефектов цементирования при ремонтно-изоляционных работах в скважине. Поэтому в интервалах с дефектами цементирования выполняют дополнительные детальные исследования с применением различных геофизических методов.

А — общий вид измерителя амплитудного затухания; б — схема определения частоты собственных продольных колебаний балки; в — схема определения частоты собственных изгибных колебаний балки; г — схема для испытания ударным методом; 1 — образец; 2, 3 — излучатель (возбудитель) и приемник колебаний; 4 — генератор; 5 —усилитель; 6 — блок регистрации частоты собственных колебаний; 7 — пусковая система… Читать ещё >

акустические методы исследования строительных материалов

Акустические методы исследования строительных материалов ( реферат , курсовая , диплом , контрольная )

Акустические методы основаны на регистрации параметров упругих колебаний, возбужденных в контролируемой конструкции. Колебания возбуждаются обычно в ультразвуковом диапазоне (что уменьшает помехи) с помощью пьезометрического или электромагнитного преобразователя, удара по конструкции, а также при изменении структуры самой конструкции вследствие приложения нагрузки.

Акустические методы применяют для контроля сплошности (выявления включений, раковин, трещин и др.), толщины, структуры, физико-механических свойств (прочности, плотности, модуля упругости, модуля сдвига, коэффициента Пуассона), изучения кинетики разрушения.

По частотному диапазону акустические методы делят на ультразвуковые и звуковые, по способу возбуждения упругих колебаний — на пьезоэлектрические, механические, электромагнитоакустические, самовозбуждения при деформациях. При неразрушающем контроле акустическими методами регистрируют частоту, амплитуду, время, механический импеданс (затухание), спектральный состав колебаний. Применяют продольные, сдвиговые, поперечные, поверхностные и нормальные акустические волны. Режим излучения колебаний может быть непрерывным или импульсным.

В группу акустических методов входят теневой, резонансный, эхо-импульсный, акустической эмиссии (эмиссионный), велосимметрический, импедансный, свободных колебаний.

Теневой метод служит для дефектоскопии и основан на установлении акустической тени, образующейся за дефектом вследствие отражения и рассеяния акустического луча. Резонансный метод применяется для дефектоскопии и толщинометрии. При этом методе определяются частоты, вызывающие резонанс колебаний по толщине исследуемой конструкции.

Импульсный метод (эхо) используется для дефектоскопии и толщинометрии. Устанавливается отраженный от дефектов или поверхности акустический импульс. Эмиссионный метод (метод акустической эмиссии) основан на излучении волн упругих колебаний дефектами, а также участками конструкции при нагружении. Определяются наличие и место дефектов, уровень напряжений. акустический материал дефектоскопия радиационный Велосимметрический метод основан на фиксации скоростей колебаний, влиянии дефектов на скорость распространения волн и длину пути волн в материале. Импедансный метод основан на анализе изменения затухания волн в зоне дефекта. В методе свободных колебаний анализируется спектр частот собственных колебаний конструкции после нанесения по ней удара.

При применении ультразвукового метода для возбуждения и приема ультразвуковых колебаний служат излучатели и приемники (или искатели). Они выполнены однотипно и представляют собой пьезопластину 1, помещенную в демпфере 2, который служит для гашения свободных колебаний и для защиты пьезопластины (рис. 1).

Рис. 1. Конструкции’искателей и схемы их установки:

а — схема нормального искателя (излучателя или приемника колебаний); б — схема искателя для ввода ультразвуковых волн под углом к поверхности; в — схема двухэлементного искателя; г — соосное положение излучателей и приемников при сквозном прозвучивании; д — то же, диагональное; е — поверхностное прозвучивание; ж — комбинированное прозвучивание; 1 — пьезоэлемент; 2 — демпфер; 3 — протектор; 4 — смазка на контакте; 5 — исследуемый образец; 6 — корпус; 7 — выводы; 8 — призма для ввода волн под углом; 9 — разделительный экран; 10 — излучатели и приемники ;

Ультразвуковые волны отражаются, преломляются и подвергаются дифракции по законам оптики. Эти свойства используют для улавливания колебаний во многих методах неразрушающего контроля. При этом для исследования материала в заданном направлении применяют узконаправленный пучок волн. Положение излучателя и приемника колебаний в зависимости от цели исследования может быть различным по отношению к изучаемой конструкции (рис. 1, г—ж).

Ультразвуковые колебания в твердых телах делятся на продольные, поперечные и поверхностные (рис. 2, а).

Рис. 2. Приборы и методы акустического контроля:

а — ультразвуковые продольные, поперечные и поверхностные волны; б, в — теневой метод (дефект вне зоны и в зоне прозвучивания); 1 — направление вибрации; 2 — волны; 3 — генератор; 4 — излучатель; 5 — приемник; 6 — усилитель; 7 — индикатор; 8 исследуемый образец> 9 — дефект Существуют зависимости между параметрами колебаний.

Таким образом, физико-механические свойства материала связаны с параметрами колебаний. В методах неразрушающего контроля используют эту взаимосвязь. Рассмотрим простые и широко применяющиеся методы ультразвукового контроля: теневой и эхо-метод ("https://referat.bookap.info", 13).

Определение дефекта теневым методом происходит следующим образом (см. рис. 2, б): генератор 3 через излучатель 4 непрерывно излучает колебания в исследуемый материал 8, а через него — в приемник колебаний 5. В случае отсутствия дефекта 9 колебания воспринимаются приемником 5почти без затухания и фиксируются через усилитель 6 индикатором 7 (осциллографом, вольтметром). Дефект 9 отражает часть энергии колебаний, затеняя таким образом приемник 5. Принятый сигнал уменьшается, что свидетельствует о наличии дефекта. Теневой метод не позволяет определить глубину расположения дефекта и требует двустороннего доступа, что ограничивает его возможности.

Дефектоскопия и толщинометрия эхо-импульсным методом осуществляется так (рис. 3): генератор 1 через излучатель 2 посылает в образец 4 короткие импульсы, а ждущая развертка на экране осциллографа позволяет видеть посланный импульс 5. Вслед за посылкой импульса излучатель переключается на прием отраженных волн. Отраженный от противоположной стороны конструкции донный сигнал 6 наблюдают на экране. Если на пути волн находится дефект, то отраженный от него сигнал поступает на приемник раньше, чем донный сигнал. Тогда на экране осциллографа виден еще один сигнал 8, свидетельствующий о дефекте в конструкции. По расстоянию между сигналами и по скорости распространения ультразвука судят о глубине расположения дефекта.

Рис. 3. Методы акустического контроля:

а — эхо-метод без дефекта; 6 — то же, с дефектом; в определение глубины трещины; г — определение толщины; 1 — генератор; 2 — излучатель; 3 — отраженные сигналы; 4 — образец; 5 — посланный импульс;6 — донный импульс; 7 дефект; 8 — средний импульс; 9 — трещина;10 — полуволны При определении глубины трещины в бетоне излучатель и приемник располагают в точках, А и В симметрично относительно трещины (рис. 3, в). Колебания из точки, А в точку В приходят по кратчайшему пути АСВ = V 4№ + а2;

где V — скорость; 1Н — время, определяемое в опыте.

При дефектоскопии бетона с помощью ультразвукового импульсного метода используют сквозное прозвучивание и продольное профилирование. Оба метода позволяют обнаружить дефект за счет изменения значения скорости продольных волн ультразвука при прохождении через дефектный участок.

Метод сквозного прозвучивания можно применять и при наличии арматуры в бетоне, если удается избежать непосредственного пересечения трассой прозвучивания самого стержня. Последовательно прозвучивают участки конструкции и отмечают на координатной сетке точки, а затем и линии равных скоростей — изоспиды, или линии равного времени — изохоры, рассматривая которые можно выделить участок конструкции, на котором имеется дефектный бетон (зона пониженных скоростей).

Метод продольного профилирования позволяет вести дефектоскопию при расположении излучателя и приемника на одной поверхности (дефектоскопия дорожных и аэродромн .IX покрытий, фундаментных плит, монолитных плит перекрытий и т. д. ). Этим методом можно также определить глубину (от поверхности) поражения бетона коррозией.

Толщину конструкции при одностороннем доступе можно определить резонансным методом с использованием серийно выпускаемых ультразвуковых толщинометров. В конструкцию с одной из сторон непрерывно излучают продольные ультразвуковые колебания (рис. 2.4, г). Отраженная от противоположной грани волна 10 идет в обратном направлении. При равенстве толщины Н и длины полуволн (или при кратности этих величин) прямые и отраженные волны совпадают, что ведет к резонансу. Толщина определяется по формуле.

где V — скорость распространения волн; / — резонансная частота.

Прочность бетона можно определить при помощи измерителя амплитудного затухания ИАЗ (рис. 2.5, а), работающего с использованием резонансного метода. Колебания конструкции возбуждаются мощным динамиком, располагаемым на расстоянии 10—15 мм от конструкции. Приемник преобразует колебания конструкции в электрические, показываемые на экране осциллографа. Частоту вынужденных колебаний плавно меняют до совпадения с частотой собственных колебаний и получения резонанса. Частота резонанса регистрируется на шкале генератора. Предварительно строят калибровочную кривую для бетона испытываемой конструкции, по которой и определяют прочность бетона.

Рис. 4. Приборы для контроля резонансным методом:

а — общий вид измерителя амплитудного затухания; б — схема определения частоты собственных продольных колебаний балки; в — схема определения частоты собственных изгибных колебаний балки; г — схема для испытания ударным методом; 1 — образец; 2, 3 — излучатель (возбудитель) и приемник колебаний; 4 — генератор; 5 —усилитель; 6 — блок регистрации частоты собственных колебаний; 7 — пусковая система с генератором счетных импульсов и микросекундомером; 8 — ударная волна При определении частот изгибных, продольных и крутильных колебаний образец 1, возбудитель 2 и приемник колебаний 3 устанавливают в соответствии со схемами на рис. 4, б, е. При этом образец должен быть установлен на опоры стенда, частота собственных колебаний которого больше в 12—15 раз, чем частота собственных колебаний испытываемого элемента.

Прочность бетона может быть определена ударным методом (рис. 4, г). Метод применяется при достаточно большой длине конструкции, так как низкая частота колебаний не позволяет получить большую точность измерений. На конструкцию устанавливают два приемника колебаний с достаточно большим расстоянием между ними (базой). Приемники через усилители связаны с пусковой системой, счетчиком и микросекундомером. После нанесения удара по торцу конструкции ударная волна достигает первого приемника 2, который через усилитель 5 включает счетчик времени 7. При достижении волной второго приемника 3 счет времени прекращается. Скорость V рассчитывается по формуле.

По частотному диапазону акустические методы делят на ультразвуковые и звуковые, по способу возбуждения упругих колебаний — на пьезоэлектрические, механические, электромагнитоакустические, самовозбуждения при деформациях. При неразрушаюЩем контроле акустическими методами регистрируют частоту, амплитуду, время, механический импеданс (затухание), спектральный состав колебаний. Применяют продольные, сдвиговые, поперечные, поверхностные и нормальные акустические волны. Режим излучения колебаний может быть непрерывным или импульсным.

Теневой метод служит для дефектоскопии и основан на установлении акустической тени, образующейся за дефектом вследствие отражения и рассеяния акустического луча. Резонансный метод применяется для дефектоскопии и тол- щинометрии. При этом методе определяются частоты, вызывающие резонанс колебаний по толщине исследуемой конструкции.

Велосимметрический метод основан на фиксации скоростей колебаний, влиянии дефектов на скорость распространения волн и длину пути волн в материале. Импедансный метод основан на анализе изменения затухания волн в зоне дефекта. В методе свободных колебаний анализируется спектр частот собственных колебаний конструкции после нанесения по ней удара.

При применении ультразвукового метода для возбуждения и приема ультразвуковых колебаний служат излучатели

Рис. 2.2. Конструкции'искателей и схемы их установки:

а — схема нормального искателя (излучателя или приемника колебаний); б — схема искателя для ввода ультразвуковых волн под углом к поверхности; _в — схема двухэлементного искателя; г — соосное положение излучателей и приемников при сквозном прозвучивании; д — то же, диагональное; е — поверхностное прозвучивание; ж — комбинированное прозвучивание; 1 — пьезоэлемент; 2 — демпфер; 3 — протектор; 4 — смазка на контакте; 5 — исследуемый образец; 6 — корпус; 7 — выводы; 8 ■ - призма для ввода волн под углом; 9 — разделительный экран; 10 — излучатели и приемники _;

и приемники (или искатели). Они выполнены однотипно и представляют собой пьезопластину 1, помещенную в демпфере 2, который служит для гашения свободных колебаний и для защиты пьезопластины (рис. 2.2).

Ультразвуковые колебания в твердых телах делятся на продольные, поперечные и поверхностные (рис. 2.3, а).

Существуют зависимости между параметрами колебаний

Рис. 2.3. Приборы и методы акустического контроля:

Определение дефекта теневым методом происходит следующим образом (см. рис. 2.3, б): генератор 3 через излучатель 4 непрерывно излучает колебания в исследуемый материал 8, а через него — в приемник колебаний 5. В случае отсутствия дефекта 9 колебания воспринимаются приемником 5

Рис. 2.4. Методы акустического контроля:

6 — донный импульс; 7 дефект; 8 — средний импульс; 9 — трещина;

почти без затухания и фиксируются через усилитель 6 индикатором 7 (осциллографом, вольтметром). Дефект 9 отражает часть энергии колебаний, затеняя таким образом приемник 5. Принятый сигнал уменьшается, что свидетельствует о наличии дефекта. Теневой метод не позволяет определить глубину расположения дефекта и требует двустороннего доступа, что ограничивает его возможности.

При определении глубины трещины в бетоне излучатель и приемник располагают в точках А и В симметрично относительно трещины (рис. 2.4, в). Колебания из точки А в точку В приходят по кратчайшему пути АСВ = V 4№ + а 2 ;

где V — скорость; 1_Н — время, определяемое в опыте.

Метод продольного профилирования позволяет вести дефектоскопию при расположении излучателя и приемника на одной поверхности (дефектоскопия дорожных и аэродром- н .IX покрытий, фундаментных плит, монолитных плит перекрытий и т. д.). Этим методом можно также определить глубину (от поверхности) поражения бетона коррозией.

где V — скорость распространения волн; / — резонансная частота.

Рис. 2.5. Приборы для контроля резонансным методом:

где I — длина образца; р — акустическая плотность; /„ — частота собственных продольных колебаний; К — коэффициент, зависящий от формы образца (К = 0,5 — для ци

линдрического образца; К = 0,423 — для призмы с квадратным сечением); /_пр, /_кр — частоты собственных продольных и крутильных колебаний.

При определении частот изгибных, продольных и крутильных колебаний образец 1, возбудитель 2 и приемник колебаний 3 устанавливают в соответствии со схемами на рис. 2.5, б, е. При этом образец должен быть установлен на опоры стенда, частота собственных колебаний которого больше в 12—15 раз, чем частота собственных колебаний испытываемого элемента.

Прочность бетона может быть определена ударным методом (рис. 2.5, г). Метод применяется при достаточно большой длине конструкции, так как низкая частота колебаний не позволяет получить большую точность измерений. На конструкцию устанавливают два приемника колебаний с достаточно большим расстоянием между ними (базой). Приемники через усилители связаны с пусковой системой, счетчиком и микросекундомером. После нанесения удара по торцу конструкции ударная волна достигает первого приемника 2, который через усилитель 5 включает счетчик времени 7. При достижении волной второго приемника 3 счет времени прекращается. Скорость V рассчитывается по формуле

V = — где а — база; I— время прохождения базы.

Прочность бетона определяется по градуировочному графику или по таблицам в зависимости от скорости V.

Рис. 2.6. Метод акустической эмиссии:

а — принципиальная схема установки; б — график зависимости между уровнем напряжений а, скоростью V и количеством сигналов АЭ; в —- схема определения расположения дефекта методом АЭ; г — график зависимости между уровнем напряжений о в стали и интенсивностью п АЭ; 1 — приемник колебаний; 2 — предусилитель с фильтром; 3 — усилитель с фильтром; 4 — звуковой монитор; 5 — динамик; 6 — осциллограф; 7 — счетчик; 8 — преобразователь; 9 — координатный самописец (графопостроитель).

ми: записью на магнитную ленту, выводом числа сигналов на цифровое табло, выводом на динамик 5, в котором слышны характерные щелчки, интенсивность которых нарастает при развитии дефектов и приближении пластического состояния материала, на экран осциллографа 6, графопостроитель 9.

На рис. 2.6, б, г показаны зависимости между интенсивностью акустической эмиссии и уровнем напряжений. Метод акустической эмиссии позволяет с большой точностью определять координаты дефекта. Для этого устанавливаются несколько приемников колебаний. Координаты определяются на основании анализа разницы времени поступления сигнала акустической эмиссии на разные приемники (см. рис. 2.6, е). В современных приборах этот анализ выполняет ЭВМ, она же показывает через графопостроитель 9 места дефектов.

Радиационный метод неразрушающего контроля базируется на использовании проникающих излучений (рентгеновского, гамма-, бета-, нейтронного, позитронного) в контролируемом материале. Радиационный метод неразрушающего контроля применяется для определения ряда параметров (влажности, плотности, прочности материалов), для дефектоскопии и толщинометрии (табл. 2.2). Радиационный метод основан на использовании источника радиации и регистрирующего устройства, которое фиксирует наличие и места ослабления потока гамма-лучей или других излучений. Источником радиации для исследований строительных конструкций, как правило, являются гамма-лучи и поток нейтронов. Источник радиации помещается в свинцовыи контейнер с толщиной стенок не менее 5 см (рис. 2.7, а). При этом с целью выполнения требований охраны труда радиоактивность использованного изотопа должна быть не более 20 милликюри. Устройства для радиационного неразрушающего контроля имеют знак радиоактивной опасности.

Рис. 2.7. Приборы на основе ионизирующих излучений: а — схемы контроля плотности свежеуложенного бетона гамма-плотномерами; б — схема сквозного просвечивания; в — схема рассеянного излучения ири одностороннем доступе к объекту; 1 — излучатель; 2 — приемник излу- чеиии; - лучи; 4 — исследуемый материал; 5 — радиометр; 6 — индикатор

Применение приборов основано на ослаблении потока лучей при прохождении через материал, при этом металл ослабляет поток значительно сильнее, чем бетон. При определении влажности используется взаимодействие нейтронов с ядрами водорода, входящего в состав воды. Радиационные изображения могут быть зафиксированы многочисленными методами. Наибольшее применение в практике строительства нашли фотографический и ионизационный методы. Иногда применяется визуальный способ.

Для определения плотности свежеуложенного бетона применяются ручные гаммаплотномеры различной формы

Рис. 2.8. Применение радиационного метода:

а — дефектоскопия сварных швов; 6 — определение глубины расположения. дефекта; в — влияние ориентации тонкого дефекта; г — определение положения арматуры в бетоне; 1 — источник излучения; 2 — изучаемый материал; 3 — фотопленка в кассете; 4 — эталон чувствительности; 5 — дефект; 6 — арматура; 7,8 — последовательные отпечатки на пленке; 5; 5'; 5" — изменение ориентации дефекта; 1' — изменение положения источника излучения

(рис. 2.7, а). Гамма-излучение 3 от источника 1 проходит через бетонную смесь 4 и поступает на приемник 2, затем сигнал преобразуется и может быть прочитан на циферблате, градуированном в единицах плотности.

Плотность бетона в готовой конструкции может быть определена радиометром при сквозном просвечивании или при рассеянном излучении (рис. 2.7, б, е). Гамма-лучи 3, прошедшие через бетон 4, воздействуют на газовый катодный счетчик 5, 6. Сквозное просвечивание используется только при толщине бетона до 80 см. До испытаний необходимо построить проверочную кривую для определения плотности бетона. Для этого изготавливают 10—15 бетонных образцов размерами 15 X 40 X 70 см, имеющих разную плотность, взвешивают их, затем определяют интенсивность рассеянного излучения и строят кривую.

Рентгеновское и гамма-излучение успешно применяют для дефектоскопии сварных соединений (рис. 2. 8). Источник излучения / помещают на некотором расстоянии от сварного шва. По другую сторону шва устанавливают фотопленку в кассете 3. Рядом со швом устанавливают эталонную стальную пластинку 4 с проточками разной глубины, причем ее отпечаток также должен быть виден на фотопленке.

Наличие, форму и размеры дефекта 5 в плане устанавливают по затемненному участку на фотопленке. Толщина дефекта выявляется путем сравнения интенсивности затемнения изображения дефекта и эталонной пластинки (дефектометра). Глубина расположения дефекта определяется двойной экспозицией на одной фотопленке при смещении источника излучения (рис. 2.8, б):

где с, с', Р — см. на рис. 2.8, б.

Следует подчеркнуть, что ориентация дефектов (5, 5', 5") при их одинаковом размере оказывает большое влияние на интенсивность затемнения изображения. Тонкие дефекты, перпендикулярные направлению излучения, могут быть пропущены при радиационном контроле (рис. 2.8, в). Поэтому рекомендуется производить просвечивание в двух разных направлениях или дополнительно использовать ультразвуковой контроль.

Радиационный метод используют также для определения наличия, положения и диаметра арматуры в железобетоне (рис. 2.8, г). Для этого производят двойную экспозицию на фотопленку при измерении положения источника излучения. Зная величины Р, с, с, а', можно определить толщину защитного слоя Ь. Наличие и диаметр арматуры определяются аналогично выявлению дефекта в сварном шве при однократной экспозиции.

Интенсивное излучение используется в исследованиях для определения упругой составляющей деформированного металла, однако, погрешность этого метода сравнительно велика (порядка 10—20 МПа для стали).

Вы можете заказать написание любой учебной работы на любую тему.

* Данная работа не является научным трудом, не является выпускной квалификационной работой и представляет собой результат обработки, структурирования и форматирования собранной информации, предназначенной для использования в качестве источника материала при самостоятельной подготовки учебных работ.

9 " АРХИТЕКТУРНО - СТРОИТЕЛЬНАЯ АКУСТИКА " Оглавление 1. Оптимальное время реверберации 2. Расч ет времени реверберации 3. Опре деление времени реверберации помещения конференц-зала 1. Опти мальное время реверберации Необходимо определить оптимальное время ревербераци и для конференц-зала размерами 18 Ч 12 Ч 4,2 м . Вычисляем объем зала : V = 907 м 3 . Определяе м оптимальное время реверберации для частот 500 и 2000 Гц : Т опт = 0,29 lg 907,2 = 0,86 с . Для частоты 125 Гц полученное значени е необходимо увеличить на 20 %: 0,86 с 1,2 = 1,03 с . Определяем допускаемые отклонения оптимального врем ени реверберации : для частот 500 и 2000 Гц : 0,86 с Ч 1,1 = 0,95 с ; 0,86 с Ч 0,9 = 0,77 с ; для частоты 125 Гц : 1,03 с Ч 1,1 = 1,13 с ; 1,03 с Ч 0,9 = 0,93 с . Частотная зависимость оптимального времени ревербер ации для конференц-зала объемом 907 м 3 в графическом виде . Частотные характеристики оптимального времени ревербера ции для конференц-зала объемом 907 м 3 2. Расчет времени реверберации Н еобходимо определить время реверб ерации для конференц-зала размерами 18 Ч 12 Ч 4,2 м вме стимостью 18 0 человек и сравнить полученные значения с о птимальными . Материалы отделки пове рхностей следующие : пол - паркетный ( с установленными полумягкими кре слами ( 18 0 шт ), площадь одного кресла с проходом 0,5 м 2 ); стены - ГВЛ ( в стенах расположены 3 окна размером 2,1 Ч 2,1 м каждое, а также 2 двери размером 1 ,2 Ч 2 ,1 м каждая ); потолок - подвесной, из п отолочных плит Armstrong Casa . Последовательность действий при определении времени реверберации конференц-зала следующая : 1 . О пределяем объем зала ( V = 907 м 3 ), площадь к аждой из внутренних поверхностей помещения, а также площадь всех поверх ностей за исключением площади, занятой зрительскими местами, ( S общ = 59 4 м 2 ). 2 . О пределяем оптимальное время реверберации на трех частотах в з ависимости от вычисленного об ъ ема и назначения помещения . 3 . О пределяем количество зрителей и пустых кресел из условия 70% - ного заполнения зала : количество зрителей - 126 чел ., количество пустых кре сел - 54 шт . 4 . З аносим в таблицу наименован ия всех поверхностей, их площади, а также общую площадь S общ . 5 . П осле этого перемножаем площадь каждой из поверхностей помещен ия ( S ) на соответствующий коэффициент звукопоглощения б ( для всех трех частот ). Получили значения эквивалентной площад и звукопоглощения каждой из поверхностей ( б· S ). После суммирования этих значений для всех поверхностей получа ем звукопоглощение поверхностями помещения ( три значения для час тот 125, 500 и 2000 Гц ). 6 . А налогичные действия производим с эквивалентным звукопоглоще нием зрителями и пустыми креслами . П ерем ножаем соответствующие значения на количество з рителей ( 126 чел ) и пустых кре сел ( 5 4 шт ). В результате получаем звукопоглощение зрит елями и креслами ( три значения для час тот 125, 500 и 2000 Гц ). 7 . Д ля получения значений добавочного звукопоглощения перемножа ем эти коэффициенты на общую площадь поверхностей помещения . В данном случае в задании не указано, что в кон ференц-зале имеются условия, вызывающее значительное добавочное звуко поглощение ( помещение конференц-зала про стой формы, не имеет пазух и объемных осветительных приборов ), поэтому добавочное звукопоглощение уменьш аем на 50 % ( S общ Ч 0,5 = 594 Ч 0,5 =29 7 м 2 ). 8 . С уммируем значения звукопоглощения поверхностями помещения, з рителями и креслами, а также добавочное звукопоглощение . В результате получили эквивалентное звукоп оглощение А общ на трех частотах . 9 . О пределяем средний коэффициент звукопоглощения б ср = А общ / S общ , а также функцию среднего коэффициента звукопоглощения ц ( б ср ) = - ln ( 1 - б ср ) для всех трех частот . 10 . В ычисляем время реверберации помещения по ф о рмуле Эйринга на трех частотах . 11 . О пределенное расчетное время реверберации Т сравнивается с оптимальным временем реверберации Т опт , учитывая е го допускаемые отклонения ( ±10 %). Результаты расчета времени реверберации и сравнения его с оптимальным временем реверберации представляю тся в виде графика . 3 . Определение времени реверберации помещения конференц-зала № Наименование поверхностей Площадь S , м 2 Значения б и б S , м 2 , на частотах, Гц 125 500 2000 б б ·S б б ·S б б ·S 1 Потолок - Armstrong Casa 216 0,23 49,68 0,44 95,04 0,50 108 2 Пол, не занятый креслами - парк ет 126 0,04 5,04 0,07 8,82 0,06 7,56 3 Стены ( без учета оконных и двер ных проемов ) - ГВЛ 233,73 0,02 4,67 0,06 14,02 0,05 11,69 4 Окна ( 3 шт ) 13,23 0,3 3,97 0,15 1,98 0,06 0,79 5 Двери деревянные ( 2 шт ) 5,04 0,03 0,15 0,05 0,25 0,04 0,2 S общ ( м 2 ) 59 4 Звукопоглощение поверхностями помещения 63,5 1 20,1 128 ,2 6 Зрители в кресле ( 70% ) 126 чел . 0,25 31,5 0,4 50,4 0,45 56,7 7 Пустые кресла ( 30% ) 5 4 шт . 0,08 4,32 0,12 6,48 0,1 5,4 Звукопоглощение зрителями и креслами 35,8 56,9 62,1 Добавочное звукопоглощение ( уменьшенное на 50% : 594/2 = 29 7 м 2 ) 29 7 0,09 26,7 0,05 14,9 0,04 11,9 Эквивалентное звукопоглощение А общ 126 191,9 202,2 б ср = А общ / S общ 0,21 0,32 0,34 ц ( б ср ) = - ln ( 1 - б ср ) 0,24 0,39 0,42 , с 1,04 0,64 0,59 Оптимальное время реверберации Т опт , с 1,03 0,86 0,86 Верхняя граница допускаемых отклонений от Т опт , с 1,13 0,95 0,95 Нижняя граница допускаемых отклонений от Т опт , с 0,93 0,77 0,77 Частотные характер истики оптимального и расчетного времени реверберации для конференц-з ала объемом 907 м 3 9 Вывод : для рассматриваемого помещения конференц-зала расчетное врем я реверберации на низких частотах ( 125 Гц ) удовлетворяет нормативным ( оптимальным ) значениям . На средних и высоких част отах ( соответственно 500 и 2000 Гц ) расчетное время реверберации меньше нижней границы допускаемых отклонений . Для исправления этого акустического дефекта эквивалентное звукопоглощен ие на этих частотах необходимо уменьшить, частично заменяя материалы от делки поверхностей помещения . Методика определения индекса изоляции воздушного шума внутренними ограждающими конструкциями зданий . Требуется определить индекс изоляции воздушного шум а стеной из ж елезо бетона плотностью с = 25 00 кг/м 3 толщиной h = 12 0 мм . Сравнить полученное значение с нормативными значениями дл я межквартирных стен жилых домов категории А . Расчет состоит из следующих этапов : 1 . Чер тим координатные оси : по го ризонтали - частота в Гц, по вертикали - звукоизоляция в дБ . Расчет ведем в нормируемом диапазоне частот от 100 до 3150 Гц . Строим теоретическую частотную характеристику звук оизоляции ограждающей конструкции . Для этого определяем поверхностную плот ность конструкции : m = с · h = 25 00 кг/м 3 Ч 0,12 м = 300 кг/м 2 . Определяем координаты точки В . Для с

Читайте также: