Delist.ru

Динамика и синтез широкополосных сейсмических приборов (15.09.2007)

Автор: Головин Константин Александрович

Основные результаты теоретических и экспериментальных исследований докладывались на Всесоюзной НТК « Измерение и контроль при автоматизации процессов» (Барнаул,1982); Всесоюзной НТК « РАПП-83» (Барнаул,1983); Всесоюзной научно-практической конференции «Разработка и применение невзрывных источников сейсмических сигналов для сейсморазведки на нефть и газ» (Гомель, 1983); V и VI Всесоюзных совещаниях «Электрические виброимпульсные системы» (Новосибирск, 1984, 1987); Всесоюзной конференции «Оптико-электронные устройства и системы» (Томск, 1989); Всесоюзном совещании «Координатно-чувствительные фотоприемники и оптико-электронные устройства на их основе» (Барнаул, 1989); II-й НТК «Устройства и системы автоматики автономных объектов» (Красноярск, 1990); краевой НТК «Автоматизация электроприводов и оптимизация режимов электропотребления» (Красноярск, 1991); межрегиональной НПК «Проблемы экологической оптимизации землепользования и водохозяйственного строительства в бассейне р. Днепр» (Киев, 1992); I-й Международной конференции «Датчики электрических и неэлектрических величин» (Барнаул, 1993); Международной конференции «Оптико-электронные приборы и устройства в системах распознавания образов, обработки изображений и символьной информации» (Курск, 1993); Международной конференции «Проблемы техники и технологии XXI века» (Красноярск, 1994); II-й научно - технической конференции «Вибрационные машины и технологии» (Курск, 1995); международных конференциях «Оптико-электронные приборы и устройства в системах распознавания образов, обработки изображений и символьной информации» (Курск, 1997, 1999, 2001, 2003, 2005); IV-й Международной конференции «Экология урбанизированных территорий» (Ярославль, 1999); международных научно-технических конференциях «Вибрация-2001, 2003, 2005 (Вибрационные машины и технологии)» (Курск, 2001, 2003, 2005); XVII Международной конференции «Математические методы в технике и технологиях» - ММТТ-17 (Кострома, 2004); XLII Всероссийской конференции по проблемам математики, информатики, физики и химии (Москва, 2006); 5-й Международной конференции «Авиация и космонавтика-2006» ( Москва, 2006).

Разработанные при непосредственном участии и под руководством автора приборы демонстрировались и отмечены на ВДНХ СССР (серебряная медаль), г. Москва, ВДНХ УССР (свидетельство и диплом), г. Киев, ВДНХ Каз. ССР г. Алма-Ата, ЭКСПО-НАУКА 2003 (медали и дипломы), НТТМ-2004, НТТМ-2005, НТТМ-2006 (медали и дипломы) ВВЦ, г. Москва, «Инженерное искусство в развитии цивилизации», юбилейной выставке, посвященной 150-летию В. Г. Шухова, Москва, 2003 (диплом), «Инновации. Производство. Рынок» Ярославль, 2004 (медали и дипломы), «Инновации. Производство. Рынок» Ярославль, 2005 (медали и дипломы), «Инновации. Производство. Рынок» Ярославль, 2006 (медаль и диплом).

Публикации

По теме диссертации опубликовано более 90 работ, в том числе 1 монография, 8 работ в изданиях, включенных в перечень ВАК, получено более 50 патентов и авторских свидетельств на изобретения.

Структура и объем работы

Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, списка литературы из 311 наименований и приложений.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, сформулированы цель и задачи исследований, перечислены основные положения, выносимые на защиту, отражена их научная новизна и практические результаты.

В первой главе сформулированы основные требования, предъявляемые к сейсмическим приборам для малоглубинной сейсморазведки.

Отмечено, что при малоглубинных сейсмических исследованиях для поиска и разведки рудных тел и решения инженерных задач необходимы приборы, обеспечивающие излучение и прием сейсмических сигналов с широкой полосой частот. В данном случае под полосой частот мы понимаем диапазон частот, при котором отношение максимального и минимального значения сигнала не превышает заданного предела.

На основании анализа существующих типов сейсмических источников обосновано построение сейсмических источников для малоглубинной сейсморазведки на базе электрических преобразователей возвратно-поступательного движения с управлением от статических преобразователей.

Существенный вклад в развитие невзрывных методов возбуждения упругих колебаний в геологической среде внесли работы Ю. П. Бевзенко, Н. В. Волошина, Л. П. Вержбицкого, Б. Г. Ваншельбойма, Т. М. Гродзянской, А. Г. Гурина, Г. П. Евчатова, В. В. Ивашина, И. Б. Крылова, Ю. П. Лукашина, В. В. Майорова, А. П. Малахова, Г. И. Молоканова, Л.А. Певзнера, А. А. Певзнера, М. К. Полшкова, О. А. Потапова Л. Д. Райхера, Н. П. Ряшенцева, В. А. Теплицкого, А.С. Шагиняна, М. Б. Шнеерсона, В. В. Циммермана, И. С. Чичинина, В. И. Юшина и др.

На основании анализа существующих моделей контакта источников с грунтом и собственного многолетнего опыта предложена параллельная (на базе модели Фойхта - Кельвина) упруго-диссипативная модель контакта источника с грунтом с пропорциональной и квадратичной зависимостью, соответственно упругого и диссипативного, параметров от силы прижатия источника к грунту. Предложенная модель объясняет возникновение существенных нелинейных искажений на низких частотах при соизмеримых значениях силы прижима и амплитуды развиваемой источником силы.

На основании предложенной модели контакта источник-грунт и исходя из условия обеспечения требований к источникам для малоглубинной сейсмики (широкополосность, мобильность и др.) выбрана физическая модель источника в виде трехмассовой системы с упруго-диссипативными связями.

Во второй главе дается исследование динамики сейсмических приборов. Процесс формирования сейсмического сигнала можно разделить на две составляющие: преобразование первичной энергии в энергию механических колебаний и внедрение полученной вибрации в геологическую среду. При этом важную роль играют условия согласования сейсмических источников с геологической средой. В приемной сейсмической аппаратуре также важную роль играет согласование с геологической средой.

Так как взаимодействующую с геологической средой механическую часть излучающих и приемных сейсмических приборов можно представить в виде подобных математических моделей с сосредоточенными параметрами, представляется целесообразным процесс исследования динамики сейсмических приборов разделить на два этапа: динамика взаимодействия механической части приборов как наземных, так и скважинных с геологической средой и динамика электрических преобразователей возвратно-поступательного движения.

Динамика наземного сейсмического прибора

Вывод уравнений динамики механической части сейсмического прибора

При выводе уравнений считается, что система линейна и одномерна, то есть параметры системы сосредоточенные: силы параллельны, коэффициенты постоянны.

В качестве исходной принята схема замещения механической части сейсмического источника, приведенная на рис. 1.

Принятые обозначения: mт – масса транспортного средства; m – инерционная масса; mп – масса излучающей плиты; k – коэффициент упругости подвески инерционной массы; kт – коэффициент упругости подвески транспортного средства; k1– коэффициент упругости связи транспортного средства и инерционной массы; kг – коэффициент упругости грунта; Dт – коэффициент демпфирования подвески транспортного средства; D – коэффициент демпфирования подвески инерционной массы; D1 – коэффициент демпфирования связи транспортного средства и инерционной массы; Dг – коэффициент демпфирования грунта.

Вывод основных дифференциальных уравнений, описывающих динамику системы, осуществляется на основе уравнения Лагранжа

где qi – обобщенная координата (ОК) перемещения системы; q1= yт – ОК транспортного средства; q2= y – ОК инерционной массы; q3= yп – ОК излучающей плиты; Qi=F – обобщенная составляющая приложенной силы (направление силы в сторону грунта берется со знаком «+»); T – кинетическая энергия системы; U – потенциальная энергия системы; FR – функция рассеивания Рэлея.

а11·yт (p)- а12 y(p) - а13·yп (p) =0

- а21·yт (p)+ а22·y(p) - а23·yп(p) = - F(p) (2)

- а31·yт (p)- а31·y(p)+ а33·yп (p) = F(p),

где а11= mтp2 +Dтp +kт; а22= mp2 +Dp +k; а33= mп·p2+(Dт+D+Dг) ·p+kт+k+kг;

а13= а31= Dтp + kт; а12= а21= D1p + k1; а23= а32= Dp+k.

На основании системы (2) получаем передаточные функции смещения соответствующей координаты yi (p)относительно действующей силы

Динамика скважинного прибора

В работе предложена математическая модель для аналитического исследования влияния различных факторов на динамику прибора.

Предварительно задача решается в статике.

На рис. 2 приведена схема исследуемой модели прибора в динамике. Как правило, скважинные приборы имеют значительную, по сравнению с поперечными размерами, длину, поэтому в модели прибор представлен двумя жестко соединенными друг с другом сосредоточенными массами m1 и m2 .

D – диаметр скважины; c1 – жесткость нижнего контакта прибора со скважиной;

c2 – жесткость верхнего контакта прибора со скважиной; c3 – жесткость прижимающего элемента; c4 – жесткость корпуса прибора между массами; f1, f2 – возмущающие воздействия (вибрация стенки скважины в точках контакта)

На рис. 2 не обозначены длина прибора L, длина прижимающего упругого элемента l, коэффициенты демпфирования d1 и d2.

С учетом принятых обозначений в общем случае для описания динамики

прибора получаем следующую систему уравнений

где Xi ? координаты mi ,

c2, если X2( -f2

загрузка...