Некоторые способы построения мощных транспортируемых вибрационных сейсмических источников

колебательного процесса, соответствующим ей, судят о величине предела выносливости материала (рис. 4.2). Если по каким-то причинам точка совпала с прямой линией, процесс повторяют.

По предложенной методике ускоренным способом испытывались шесть образцов из экспериментальной партии, результаты представлены на рис.3, диапазон Б. Ширина диапазона рассеивания пределов выносливости от 325 до 356 МПа.

Таким образом, можно сделать вывод, что предложенная методика ускоренных испытаний образцов при нестабильном колебательном процессе, не уступает по точности способу, изложенному в работе [7], а по продолжительности в несколько раз меньше за счет уменьшения количества ступеней нагружения.

Литература

1. Коцаньда С. Усталостное разрушение металлов.-М.: Металлургия, 1976.-455 с.

2. Трощенко В Т. Усталость и неупругость металлов -Киев: Наук.думка,1971.-470с.

3. Кузьменко В.А. Усталостные испытания на высоких частотах нагружения.-Киев:Наук. думка, 1979.-336 с.

4. Васинюк И.М., Самгин В.А. Об ускоренном определении предела выносливости материала // Проблемы прочности.-1972.-№6.-С. 120-123.

5. Самарин В.К. Возможности контроля повреждаемости материалов по изменению частоты собственных колебаний образцов// Проблемы.-1978.-№6.-С.61-64.

6. Лаврович Н.И. Возможности контроля изменения физических и механических свойств материала, испытываемого на усталость в режиме автоколебаний, по изменению параметров колебательного процесса.-М.,1987.-12с.-Деп. В ВИНИТИ 01.09.86, №6366.

. 7. Лаврович Н.И. к вопросу о контроле усталостной повреждаемости материала.-М.,1988.-15с.- Деп. В ВИНИТИ 16.06.88, №4758.

БЕЛЫЙ Василий Дмитриевич - д.т.н., профессор кафедры «Сопротивление материалов» ОмГТУ. ЛАВРОВИЧ Николай Иосифович - к.т.н., доцент, докторант ОмГТУ.

ю А БУРЬЯН НЕКОТОРЫЕ СПОСОБЫ

В. Н. СОРОКИН

ПОСТРОЕНИЯ МОЩНЫХ

Омский государственный

технический университет ТРАНСПОРТИРУЕМЫХ УДК 624 042 7 550 834 ВИБРАЦИОННЫХ

СЕЙСМИЧЕСКИХ ИСТОЧНИКОВ

ДАН КРАТКИЙ АНАЛИЗ ОСНОВНЫХ СПОСОБОВ ПОСТРОЕНИЯ МОЩНЫХ НИЗКОЧАСТОТНЫХ СЕЙСМИЧЕСКИХ ИСТОЧНИКОВ. ПРЕДЛОЖЕН НОВЫЙ СПОСОБ ПОСТРОЕНИЯ И РАЗРАБОТАНА МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ СЕЙСМИЧЕСКОГО ИСТОЧНИКА ДАННОГО КЛАССА. АМПЛИТУДНО-ЧАСТОТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ (АЧХ) КОЛЕБАНИЙ МАСС ИСТОЧНИКА, ПОСТРОЕННЫЕ НА ОСНОВАНИИ АНАЛИЗА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ, ДОКАЗЫВАЮТ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРЕДЛОЖЕННОГО СПОСОБА ПОСТРОЕНИЯ.

Решение вопросов ВПЗ (вибрационного просвечивания Земли) требует создания вибрационных сейсмических источников, оказывающих значительные воздействия на грунт в диапазоне 1-10 Гц. Использование таких источников для региональной сейсморазведки и увеличения отдачи нефтяных залежей предъявляет, кроме того, требование к их транспортабельности.

Построение мощных сейсмических источников связано с рядом технических трудностей. Главной из них является создание объекта, на который бы опирался или от которого отталкивался бы исполнительный орган генератора силы, воздействующий на виброплиту. В настоящее время реализовано два способа нагружения грунтового основания, обеспечивающих безотрывную работу виброплиты.

Первый способ представляет собой конструкцию, в которой возбудитель вибраций установлен на виброплиту, выполняющую не только функцию излучателя энергии, но и функцию инерционной массы. При этом вес виброплиты должен быть не меньше амплитуды силы Р, развиваемой возбудителем вибраций.

//////////

Рис.1. Схема построения вибрационного сейсмического источника первым способом.

1 • возбудитель вибраций дебалансного типа,

2 - виброплита

Удельные давления на фунт зависят в этом случае от веса виброплиты С и амплитуды силы Р и определяются как:

ц = (0 +Л/5 где:

д - удельные давления на фунт; б - вес виброплиты;

Р - амплитуда силы возбудителя вибраций; Б - площадь виброплиты.

Это, в свою очередь, при обеспечении ограниченной величины удельных давлений на грунт приводит к увеличению площади виброплиты. Чем больше площадь виброплиты, тем труднее обеспечить ее жесткость и прочность. Транспор-тирование таких сейсмических источников крайне затруднено из-за значительных массо- габаритных характеристик его элементов.

Второй способ заключается в силовом замыкании возбудителя вибраций на грунт. В этом случае возбудитель вибраций, представляющий собой гидравлический вибратор пульсаторного типа, воздействует на виброплиту, упираясь в легкую раму. Эта рама удерживается при помощи специальных свай, погруженных в грунт на глубину до 100 ми более.

/

/

///////

UT .3

гт

Рис.2. Схема построений вибрационного сейсмического источника по второму способу. 1 - рама; 2 - анкерные сваи; 3 • виброплита; 4 - возбудитель вибраций.

Размеры виброплиты определяются величиной допустимых удельных давлений на грунт. Вес виброплиты много меньше величины толкающего усилия возбудителя вибраций и определяется лишь условиями ее жесткости и прочности. Несмотря на то, что размеры и масса виброплиты и рамы невелики, транспортирование таких сейсмических источников вообще невозможно (если не устраивать свайные анкеры на новом месте их установки).

Предлагаемый нами способ построения сейсмического источника, представляет собой П-образную раму, установленную на фунтовое основание. Сверху на раме закрепляется инерционная масса пригруза т пр. В проеме рамы располагается возбудитель вибраций, который одновременно воздействует на раму и виброплиту.

Однако при такой компоновке получается как бы три излучающих плиты, две из которых (поддерживающие) работают в противофазе виброплите, и излучение такого источника равно 0.

/ 7 ////// П

Рис.4. Схема построения вибрационного сейсмического источника на «мягких» пружинах. 1 - масса пригруза (ш1); 2 - плиты поддерживающие (т2); 3 - виброплита (тЗ); 4 - упругие элементы; 5 - возбудитель вибраций.

Для решения поставленной задачи были составлены дифференциальные уравнения движения масс сейсмического источника. При этом принято, что грунт является однородным упруго-вязким полупространством, величина силы Р изменяется по гармоническому закону, массы т1, т2 и тЗ абсолютно жесткие, и первоначально их движение рассматривается только по координате X.

mi

с1

с2 Ь2

М

т2

тЗ

X.

сз

//////

Рис.5. Схема расчетная.

с Г

м

I

ЬЗ

Lmj

Í>X

с2 Ь2

'/////

/ I i lililí т

Рис.3. Схема построения сейсмического источника. 1 - масса пригруза; 2 - плиты поддерживающие; 3 - виброплита; 4 -возбудитель вибраций.

Этого явления можно избежать, если установить П-образную раму на «мягкие» пружины. Жесткость этих пружин необходимо подобрать таким образом, чтобы амплитуда колебаний масс т1 и т2 были минимальны, а амплитуда колебаний массы тЗ максимальной

m+ 26, (i, - х,)+ 2с, (х, - *3)= - F sin al

2 [/и,-г, + b,i, - 6, (i, - ij)+ c:jc, + c,(jj - *,)] = 0 ^ j

m¡jf, + b,xf + Cjjr, = F sin cüi

где:

F- амплитуда силы возбудителя вибраций; m1 - масса пригруза и П-образной рамы; т2 - масса поддерживающей плиты с соколеблющейся массой фунта;

лпЗ - масса виброплиты с соколеблющейся массой грунта;

с1 - коэффициент жесткости пружины; Ы - коэффициент вязкости упругого элемента; с2 - коэффициент жесткости фунтового основания под массой т2;

сЗ - коэффициент жесткости фунтового основания под массой тЗ;

Ь2 - коэффициент вязкости грунтового основания под массой т2;

ЬЗ - коэффициент вязкости фунтового основания под массой тЗ;

<у-угловая частота; t -время.

Дифференциальные уравнения решены с применением пакета прикладных профамм Mathcad. По результатам решения построены графики АЧХ масс сейсмического источника с толкающим усилием возбудителя вибраций 50 тс, а также график отношений амплитуд колебаний масс тЗ и т2 (хЗ/х2) в зависимости от частоты при установившемся режиме колебаний.

Из фафиков видно, что установка инерционной массы т1 (П-образной рамы) на упругие элементы, подбор их жесткости и массо - габаритных разметров источника

1 m

0.2 г —

0.05 г

0 12 3 15 i

Рис.6. АЧХ колебаний массы т1.

Гц

Рис.7. АЧХ колебаний масс гл2 и тЗ. 1-масса т2, 2-масса тЗ.

36 г-32 \-28 | 21 |

20 S--16-

»I 8 i 1 :

0

/ -.,

0123156789 10 Гц Рис.8. График отношений амплитуд колебаний масс тЗ и т2 (х3/х2) в зависимости от частоты.

позволяет сократить амплитуды колебаний масс m1 и т2 до минимальных значений - 0,01; 0,0002 м соответственно.

Однако при работе сейсмического источника на очень низких частотах (0,5-1 Гц), амплитуда колебаний массы гп1 может оставаться достаточно большой. В этих условиях, для обеспечения работоспособности конструкции сейсмического источника может возникнуть необходимость создания системы демпфирования угловых колебаний массы (гп1) без введения диссипации по координате X.

В качестве «мягких» пружин целесообразно использовать резинокордные оболочки (РКО), имеющие сравнительно малую жесткость. Подключение к РКО дополнительных объемов позволит еще более уменьшить их жесткость и снизить допустимый уровень эффективности излучения сейсмических волн (отношение амплитуд

колебаний масс тЗ и т2- 10) до частот 1 - 2 Гц.

Следует также отметить, что приведенные дифференциальные уравнения, описывающих движение масс сейсмического источника справедливы для линейного электрического двигателя. При использовании в качестве возбудителен вибраций гидравлического исполнительного механизма (ГИМ) пульсаторного типа необходимо вводить с помощью специальной системы управления коррекцию фаз колебаний масс m1 и тЗ.

Вместе с тем предлагаемый способ построения сейсмического источника позволяет использовать легкую виброплиту малых размеров (вес ~ 4000 кгс, площадь - 4 м2). Вес и размеры поддерживающих плит соизмеримы с аналогичными параметрами виброплиты. Инерционная масса может быть выполнена в виде рамной конструкции со съемными блочными элементами, что позволит осуществлять транспортировку сейсмического источника большегрузным автомобилем.

Литература

1. Красников Н.Д. Динамические свойства грунтов и методы их определения. Л.: Стройиздат, 1970.

2. Чичинин И.С. Вибрационное излучение сейсмических волн. М.: Недра, 1884.

3. Проблемы вибрационного просвечивания Земли. М.: Наука, 1977.

4. Разработка и исследование источников сейсмических сигналов и методов невзрывной сейсморазведки. Сборник научных трудов Гомельского СКТБ CT, под науч. рук-вом д.т.н. A.C. Шагиняна. М.: ВНИИОЭНГ, 1986.

БУРЬЯН Юрий Андреевич, д.т.н, профессор кафедры "Основы теории механики и автоматического управления". СОРОКИН Владимир Николаевич, к.т.н., доцент, докторант кафедры "Основы теории механики и автоматического управления".

9-1