2 Теоретическая схема процесса множественнОго разрушения хрупких материалов
14
Введение
Динамическое множественное разрушение (дезинтеграция) наблюдается как при раздавливании, так и ударном либо взрывном дроблении образцов хрупких материалов. Как правило, процесс является кратковременным и сопровождается разлётом кусков.
В основе механики разрушения хрупких сред лежит представление о важной роли исходной дефектности материала в виде систем микротрещин, пор и поверхностных повреждений (теория Гриффитса). Применительно к горным породам речь идёт об иерархической системе структур исходной трещиноватости различных масштабных порядков и различной степени замкнутости. Можно выделить, например, порядки дефектности в масштабе размеров зерна минерала, естественной отдельности, горного массива – своеобразную иерархию процесса разрушения.
В случае разрушения хрупких образцов существенны два уровня процесса разрушения, соответствующие развитию микротрещин, а также макротрещин (в масштабе размеров образца).
Энергетический анализ множественного разрушения хрупких образцов выделяет последовательные значения удельных энергозатрат, обеспечивающих развитие соответствующих порядков трещиноватости. Отсюда скачкообразное изменениеудельной энергоёмкости разрушения на различных уровнях процесса, характеризуемых формированием специфических зон разрушения (перемола, активного дробления и др.). Зональность процесса хрупкого разрушения, в свою очередь, обуславливает эффект устойчивости локальных групп фракций обломков в разрушенной массе образца. Для образцов – это фракции мелочи и более крупных обломков.
Вследствие множественного характера дезинтеграции и наличия большого числа осколков для теоретического описания разрушения используют статистические распределения кусков по массе либо размеру. Следует подчеркнуть, что благодаря устойчивому экспериментальному подтверждению полученные определяющие соотношения в итоге не носят случайного характера, а близки к детерминированным закономерностям и могут считаться строго причинными соотношениями.
2.1 Основные предположения
1. Основной переменной величиной, определяющей степень сокращения крупности материала и однозначно определяемой в опыте,
15
принимается масса обломков“m”. Гранулометрический состав разрушенной массы образца описывается непрерывным распределением по массе кусков с плотностьюg(m).
2. Реализуется два масштабных уровняпроцесса разрушения образца (с общей массой М0), обуславливающие формирование двух выраженных групп фракций:мелочи общей массой М1, а так же более крупных обломков общей массой М0- М1(рисунок 5).
3. Связь параметров массы и распределения определяется соотношением типа Джилвари
dM(m, m+dm) = M0 g(m) dm,
где dM - суммарная масса кусков из интервала (m, m+dm),
g(m) -плотность распределения кусков по массе.
4. Дробление материала в зоне интенсивного разрушения М1следуетнекоторому закону r(z, m), задающему сокращение массы отz до
m применительно к принятому способу разрушения. Функцияr(z, m) может быть задана, например, плотностью положительно асимметричного распределения, усечённого по размеру образца.
5. Трещинообразование в зонах М1 и (M0 - M1) обеспечивается достижением величены удельной энергии деформации соответствующих значений U1, U0 (при коэффициентах энергоёмкости разрушения
Рисунок 5 - Распределение массы по зонам процесса разрушения
16
uS1, uS0).