Czy pękające baloniki mają coś wspólnego z trzęsieniami ziemi? Wojciech Dębski Uniwersytet Białostocki, 26.II 2008

Prezentacja na temat: "Czy pękające baloniki mają coś wspólnego z trzęsieniami ziemi? Wojciech Dębski Uniwersytet Białostocki, 26.II 2008"— Zapis prezentacji:

1 Czy pękające baloniki mają coś wspólnego z trzęsieniami ziemi? Wojciech Dębski Uniwersytet Białostocki, 26.II 2008 debski@igf.edu.pl

2 Co łączy ze sobą: Rozrywanie kartki papieru Pękanie balonika Złamanie ołówka Krojenie kromki chleba Rozbicie wazonu Pęknięcie wału silnika Zawalenie się mostu, budynku,… Trzęsienie ziemi

3 Proces zniszczenia (pękania) materiałów Różne skale (oblicza) pękania materiałów - atomowa (L ~ 10 pm) - mikroskopowa (L ~ 10 μm) - domowa (L ~ 10cm) - inżynierska (L ~ 100 m) - sejsmologiczna (L ~1000 km) 10e-12 m – 10e+7 m

4 Proces zniszczenia: materiały kruche materiały plastyczne materiały (hiper) elastyczne ciała półstałe (lepkie ciecze ) Zależy odmateriału Zależy od materiału

5 powstawanie szczelin (pękanie) trwałe odkształcenie (deformacja) zmęczenie materiałowe (zmiana struktury) pełzanie materiału historii obciążania (histereza) Proces zniszczenia: Zależy odsposobu obciążenia Zależy od sposobu obciążenia Zależy od prędkości obciążania Zależy od prędkości obciążania

6 Trzęsienie ziemi, Kobe 1995 (M=6.9)

7 Skutki pękania materiałów

8 Trzęsienia Ziemi – skutki (daleko od epicentrum)

9 Fale poprzeczne (P)

10 Fale podłużne (S)

11 Fale powierchniowe (Rayleigh)

12 Fale powierzchniowe (Love)

13 Fale sejsmiczne – drgania powierzchni

14 Trzęsienia ziemi –proces rozrywu

15 Mechanizmy generacji fal sejsmicznych

16 Budowa wnętrza Ziemi

17 Konwekcja termiczna w płaszczu

18 Płyty tektoniczne

19 Dryft płyt tektonicznych

20 Ruchy wewnątrz Ziemi

21 Mechanizmy naturalnych trzęsień ziemi

22 Para sił i płaszczyzny nodalne

23 Proces eksplozji

24 Geometria sił rozrywu

25 Mechanizm rozrywu -projekcja

26 Explosion Mechanizm rozrywu -projekcja Explosion

27 Rzeczywiste mechanizmy wstrząsów

28 Szczeliny – źródło pęknięć

29 Czy podobnie pęka ziemia?

30 Procesy w ogniskach trzęsień ziemi – spękanie masywu skalnego – hiper- szczeliny

31 Teoria Griffitha pękania materiałów (kruchych) Moduł Younga: E = F/S/ε L dLdL Empiryczne oszacowanie wytrzymałość materiałów ~ E/10 Niestety czasami taka reguła zawodziła F ε = dL/L

32 Spękanie materiału - szczeliny Powodem osłabienia materiału jest obecność szczelin Proces pękanie materiału: - inicjacja (powstanie) szczeliny - propagacja (rozwój)

33 Rodzaje szczelin Istnieją trzy fundamentalne mody powstawania szczelin

34 Energetyczny warunek rozwoju szczeliny Analiza rozwoju szczeliny oparta o bilans energetyczny

35 Stan podstawowy ze szczeliną

36 Warunek stabilności Griffith'a

37 Warunek mikroskopowy Wzrost naprężeń przy końcu szczeliny K > K c K = σ (π a)

38 Ilustracja warunku mikroskopowego

39 Prędkość rozwoju szczeliny R = W/a G = (F - U e )/a Crack resistance Energy release rate Jeśli G > R Więcej energii jest wyzwalanej niż absorbuje statyczny rozwój szczeliny rozwój szczeliny dynamicznej

40 Prędkość propagacji szczeliny V r 0.38 V s ( 1 – a c /a) Energia kinetyczna szczeliny: E k = G – R Rozryw potencjalnie niestabilny W trzęsieniach ziemi obserwujemy 0.1 Vs < Vr < 1.5 Vs kruszenie, upłynnienie, ….

41 Symulacje numeryczne - II

42 Pękający balonik: (Vr > Vs)

43 Symulacje numeryczne

44 Czy pękające baloniki mają coś wspólnego z trzęsieniami ziemi? Z punktu widzenia fizyki są to te same procesy tylko zachodzące w innej skali. Efekty i ich znaczenie społeczne są często jednak diametralnie różne.