Repedések dinamikájától katasztrófák előrejelzéséig
description
Transcript of Repedések dinamikájától katasztrófák előrejelzéséig
![Page 1: Repedések dinamikájától katasztrófák előrejelzéséig](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022081520/56816505550346895dd774f3/html5/thumbnails/1.jpg)
REPEDÉSEK DINAMIKÁJÁTÓL KATASZTRÓFÁK ELŐREJELZÉSÉIG
Kun FerencDebreceni EgyetemElméleti Fizikai Tanszék
2013. 08. 24 Magyar Fizikus Vándorgyűlés
![Page 2: Repedések dinamikájától katasztrófák előrejelzéséig](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022081520/56816505550346895dd774f3/html5/thumbnails/2.jpg)
Szilárdtest mechanikai terhelés alatt
Szub-kritikus Dinamikus FragmentációGyors,
impulzusszerűRobbanás
ÜtközésKúszó törés
Fáradás
KvázistatikusLassan változó
Szerkezeti elemek Vasúti sín BányászatAnyagi jellemzők: erős heterogenitás
Beton (0.1 mm – 2cm)
Üledékes kőzet(100mm-1 mm)
Szálas kompozit(10mm-50 mm)
Meghatározza repedések keletkezését és terjedését
![Page 3: Repedések dinamikájától katasztrófák előrejelzéséig](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022081520/56816505550346895dd774f3/html5/thumbnails/3.jpg)
Heterogenitás Fokozatos töredezés
Kristály Heterogén anyag
Károsodás halmozódásStabil repedezésKatasztrofális törés
E~c
Teherbíró képesség
Statisztikus fizikai leírás
Ec
méreteffektus)(p c
c
![Page 4: Repedések dinamikájától katasztrófák előrejelzéséig](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022081520/56816505550346895dd774f3/html5/thumbnails/4.jpg)
Tartalom
Stabil repedezés dinamikája
Konstans, szub-kritikus terhelés
Lassan növekvő terhelés
Fragmentáció
![Page 5: Repedések dinamikájától katasztrófák előrejelzéséig](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022081520/56816505550346895dd774f3/html5/thumbnails/5.jpg)
Mikroszkopikus dinamika - repedési zaj mérése
J. Baró, et al, Phys. Rev. Lett. 110, 088702 (2013). G. Michlmayr, et al, Earth-Science Reviews 112, 97 (2012).
Idősor
Törési kísérletakusztikus emisszióval
Akusztikus zaj
- keletkezése- terjedése
Repedések
Skálaviselkedés
E~)E(P zT~)T(P z, értéke 1 és 2 között
![Page 6: Repedések dinamikájától katasztrófák előrejelzéséig](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022081520/56816505550346895dd774f3/html5/thumbnails/6.jpg)
Szerkezeti elemek szubkritikus terhelés alatt
Akusztikus monitorizálás
Mért jelsorozat
Károsodási szint minősítése Katasztrófa megelőzése
Műemlékek Dél-Európában
N. Niccolini, et al., Phys. Rev. Lett. 106, 108503 (2011).
![Page 7: Repedések dinamikájától katasztrófák előrejelzéséig](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022081520/56816505550346895dd774f3/html5/thumbnails/7.jpg)
Természeti katasztrófák: szub-kritikus nyírás
Közelgő katasztrófa előrejelzése?
Kőlavina Földcsuszamlás Földrengés
![Page 8: Repedések dinamikájától katasztrófák előrejelzéséig](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022081520/56816505550346895dd774f3/html5/thumbnails/8.jpg)
Elméleti megközelítési lehetőségek
![Page 9: Repedések dinamikájától katasztrófák előrejelzéséig](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022081520/56816505550346895dd774f3/html5/thumbnails/9.jpg)
Kúszó törés szálköteg modellje
Párhuzamos szálak rácson
Terhelés újraosztódásaKét határeset:
Szálakkal párhuzamos terhelés
F
Rideg viselkedés
E
Véletlen törési küszöbök
th
ELS LLS
Lassú károsodás terhelés alattKorróziós repedés, termikusan aktivált folyamatok, környezeti hatások
![Page 10: Repedések dinamikájától katasztrófák előrejelzéséig](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022081520/56816505550346895dd774f3/html5/thumbnails/10.jpg)
Egyetlen repedés növekedése (LLS)
Időskálák szeparációja
Zöld: károsodás
Egyéb színek: lavinák
Károsodó szálak
Azonnali törések lavinái
![Page 11: Repedések dinamikájától katasztrófák előrejelzéséig](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022081520/56816505550346895dd774f3/html5/thumbnails/11.jpg)
Komplex dinamika
Repedési lavinák Repedési front
Idősor
![Page 12: Repedések dinamikájától katasztrófák előrejelzéséig](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022081520/56816505550346895dd774f3/html5/thumbnails/12.jpg)
Események rátája n(t): előrengések
Gyorsulás a katasztrófa feléInverz Omori törvény
pf
ctt1
A)t(n
Paraméterek pcA ,, 1p
Földrengések: relaxációKobe, 1995, M=6.9
Zs. Danku and F. Kun, Scientific Reports (2013).
![Page 13: Repedések dinamikájától katasztrófák előrejelzéséig](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022081520/56816505550346895dd774f3/html5/thumbnails/13.jpg)
Lavina jellemzők eloszlása
~)(p zT~)T(p 7.1 4.1z
Zs. Danku and F. Kun, Phys. Rev. Lett. 111, 084302 (2013).
Lavinák mérete Várakozási idő
![Page 14: Repedések dinamikájától katasztrófák előrejelzéséig](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022081520/56816505550346895dd774f3/html5/thumbnails/14.jpg)
Egyetlen lavina időfejlődése
253W
Időtartam: WAllavinák száma
Indulás egy-két száltörésselTerhelés újraosztódás allavinákLetapadás erős szálaknál
Profil: Allavinák mérete )u(s
Mért repedési zaj
![Page 15: Repedések dinamikájától katasztrófák előrejelzéséig](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022081520/56816505550346895dd774f3/html5/thumbnails/15.jpg)
Lavinák átlagos profilja: jobboldali aszimmetria
Jobboldali aszimmetria: fokozatos gyorsulás, hirtelen megállás
)W/u(fW)W,u(s
Skálaformula
)x1(Ax)x(f
ELS: szimmetrikus profil
Zs. Danku and F. Kun, Phys. Rev. Lett. 111, 084302 (2013).
Profil szimmetriája a kölcsönhatás hatótávolságát jellemzi
![Page 16: Repedések dinamikájától katasztrófák előrejelzéséig](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022081520/56816505550346895dd774f3/html5/thumbnails/16.jpg)
Összevetés kísérleti eredményekkel
Síkbeli repedés növekedés creep terhelés alattMérés nagysebességű kamerával Átlagos lavina profil
Jó egyezés a szálköteg modellelK. T. Tallakstad, et al., Phys. Rev. Lett. 110, 145501 (2013).
![Page 17: Repedések dinamikájától katasztrófák előrejelzéséig](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022081520/56816505550346895dd774f3/html5/thumbnails/17.jpg)
Üledékes kőzet nyomás alatt
Földcsuszamlás
Nyírási lokalizáció
Mintavétel
Laborkísérlet
Porózus struktúra ülepítéssel MD szimulációk 3D-ben.
Számítógépes rekonstrukció
Lassan növekvő terhelés
Diszkrét elem szimulációÜlepítés Nyomás
![Page 18: Repedések dinamikájától katasztrófák előrejelzéséig](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022081520/56816505550346895dd774f3/html5/thumbnails/18.jpg)
Lavinák statisztikus jellemzői
Makroszkopikus válasz és akusztikus jelek
Reprodukálja az akusztikus lavinákStatisztikus jellemzőit
Energia
Várakozási idő
EloszlásokLavinaméret
F. Kun, I. Varga, S. Lennartz, I. G. Main, submitted, 2013.
![Page 19: Repedések dinamikájától katasztrófák előrejelzéséig](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022081520/56816505550346895dd774f3/html5/thumbnails/19.jpg)
Előrejelzés lehetősége
Térbeli lokalizáció nyírási sávba
Lavinaméret exponensefokozatosan csökken
F. Kun, I. Varga, S. Lennartz, I. G. Main, submitted, 2013.
![Page 20: Repedések dinamikájától katasztrófák előrejelzéséig](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022081520/56816505550346895dd774f3/html5/thumbnails/20.jpg)
Fragmentációs jelenségek univerzalitása
Különböző anyagokKülönböző energiabevitel
D. L. Turcotte, J. Geophys. Res. 91, 1921 (1986)
Hatványfüggvény tömegeloszlás
anyagtól energia betáplálás módjától
Függetlenül az
rrN ~)(
Lövedék hatása üvegre
![Page 21: Repedések dinamikájától katasztrófák előrejelzéséig](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022081520/56816505550346895dd774f3/html5/thumbnails/21.jpg)
Releváns mennyiségek
Hatványfüggvény csak heterogén anyagokra:kőzet, beton, szén, kerámia, üveg, ...
Csak rideg anyagokra:
A tér dimenziója meghatározza az exponenstÜveg rúd Korong 3D tömb
Exponensek:
Krumpli, paradicsom
Univerzalitási osztályok5.1 25.1 7.23.2
Rendezetlen anyagok
Rideg törés
Dimenzió
Mi a helyzet a képlékeny anyagokkal?
![Page 22: Repedések dinamikájától katasztrófák előrejelzéséig](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022081520/56816505550346895dd774f3/html5/thumbnails/22.jpg)
Műanyagok fragmentációja: Ütközés kemény fallal
Részecske gyorsító Rotor: ütköztetés kemény fallal
Polypropylene gömbök
mmd 430-180 m/s
Méret:Sebesség:
![Page 23: Repedések dinamikájától katasztrófák előrejelzéséig](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022081520/56816505550346895dd774f3/html5/thumbnails/23.jpg)
Műanyag fragmensek tömege
plmmF )(
Fragmensek tömegeloszlása
06.02.1 pl
brpl
Hatványfüggvény viselkedés
Jelentős eltérés a rideg esethez képestG. Timár, F. Kun, H. Carmona, and H. J. Herrmann, Phys. Rev. Lett. (2010).
![Page 24: Repedések dinamikájától katasztrófák előrejelzéséig](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022081520/56816505550346895dd774f3/html5/thumbnails/24.jpg)
Számítógépes szimulációk nyírás által dominált törés
Rideg anyag Műanyag gömb
G. Timár, F. Kun, H. Carmona, and H. J. Herrmann, Phys. Rev. Lett. (2010).
Tömegeloszlás
![Page 25: Repedések dinamikájától katasztrófák előrejelzéséig](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022081520/56816505550346895dd774f3/html5/thumbnails/25.jpg)
Résztvevők - Együttműködők
Danku Zsuzsa, doktorandusz hallgatóKúszó törés szálköteg modellezése
Varga Imre, DE Informatikai KarÜledékes kőzetek szerkezetének előállítása
Timár Gábor, posztdoktorFragmentációs jelenségek
Ian G. Main, Department of Geophysics, University of EdinburghHans. J. Herrmann, ETH, ZürichNobuyasu Ito, University of Tokyo
![Page 26: Repedések dinamikájától katasztrófák előrejelzéséig](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022081520/56816505550346895dd774f3/html5/thumbnails/26.jpg)
Zs. Danku and F. Kun, Phys. Rev. Lett. 111, 084302 (2013).Zs. Danku and F. Kun, Scientific Reports, accepted (2013).F. Kun, I. Varga, S. Lennartz, I. G. Main, submitted (2013).Z. Halász, Zs. Danku, F. Kun, Phys. Rev. E 85, 016116 (2012).N. Yoshioka, F. Kun, and N. Ito, Europhys. Lett. 97, 26006 (2012).G. Timár, F. Kun, H. Carmona, and H. J. Herrmann, Phys. Rev. Lett. (2010).N. Yoshioka, F. Kun, and N. Ito, Phys. Rev. Lett. 101, 145502 (2008).F. Kun, H. A. Carmona, et al., Phys. Rev. Lett. 100, 094301 (2008).
EU FP7 projectTAMOP-4.2.2.A-11/1/KONV-2012-0036OTKA K84157
Kapcsolódó publikációk
Köszönetnyilvánítás
Publikációk - Köszönetnyilvánítás