Как объясняют авторы исследования, разные этапы деформации горной породы различаются по характеру накопления дефектов в ее толще. Так, сначала дефекты генерируются случайным образом, а их размер определяется типичным структурным элементом материала (например, зерном в граните). Затем происходит накопление дефектов случайного размера. Взаимодействие между этими двумя типами вызывает образование критических дефектов, способных к саморазвитию. Как следствие, потеря целостности образца происходит в результате эволюции набора критических дефектов.
В новой работе ученые обнаружили, что отличить один этап от другого можно по типу распределения энергии сигналов акустической эмиссии. Это метод проверки целостности материала, основанный на записи упругих волн, которые возникают в процессе перестройки структуры твердого тела под действием механических раздражителей. Структурное изменение (например, возникновение трещины) вызывает упругую волну, которую и регистрирует датчик.
Оказалось, что распределение энергии сигналов акустической эмиссии аппроксимируется различными типами функций на разных этапах деформации породы. На первом этапе это экспоненциальная функция, а на втором — степенная функция, которая предсказывает скорое разрушение материала.
Таким образом, зафиксировав изменение типа распределения энергии сигналов акустической эмиссии, ученые могут предсказать момент перехода трещины к критическому этапу и разрушения породы. Это может быть полезно для оценки состояния структур под нагрузкой или же прогнозирования землетрясений. Кроме того, описанный в работе критерий позволяет обнаружить локализацию дефекта, который может привести к разрушению объекта.
Статья ученых из Москвы, Санкт-Петербурга и Перми опубликована в журнале Interpretation.
