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Strukturgeologie 8:: Rheologie

Strukturgeologie 8:: Rheologie. www.files.ethz.ch/structuralgeology/JPB/vorlesungen.htm www.structuralgeology.ethz.ch/education/teaching_material/general/index_DE Fr ühlingsemester 2012 Mittwochs 10:15 – 12:00 NO C44 Marcel Frehner marcel.frehner@erdw.ethz.ch , NO E3.

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Strukturgeologie 8:: Rheologie

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Presentation Transcript

  1. Strukturgeologie8:: Rheologie www.files.ethz.ch/structuralgeology/JPB/vorlesungen.htm www.structuralgeology.ethz.ch/education/teaching_material/general/index_DE Frühlingsemester 2012 Mittwochs 10:15 – 12:00 NO C44 Marcel Frehner marcel.frehner@erdw.ethz.ch, NO E3

  2. Vorlesugsziele von heute • Kontinuumsmechanik • Notwendigkeit einer Rheologischen Gleichung • Geschlossenes Gleichungssystem • Elastizität • Viskosität • Plastizität • Spröd vs. Duktil

  3. Rheologie Griechisch • rhei = fliessen • logos = Lehre Rheologie ist die Definition von • Materialverhalten • Deformationsverhalten beim Ansetzen von Spannungen • Beziehung zwischen Spannung,Deformation und Deformationsrate

  4. Zwei grundlegende Konzepte • Festkörpermechanik (solid mechanics) • elastisch • plastisch • Fluidmechanik (Strömungslehre, fluid mechanics) • viskos • plastisch • Kombinationen • visko-elastisch • visko-plastisch • visko-elasto-plastisch

  5. Kontinuummechanik in 1D • Kräftegleichgewicht:  Massenträgheit ist in der Geologie vernachlässigbar: • Kinematische Beziehung: • 2 Gleichungen für 3 Unbekannte (sxx, exx, ux) Man braucht eine Rheologische Gleichung um das System Geschlossen zu haben.

  6. Elastizität • Modell: Feder / Hooke’sches ElementFederkonstante E (Young’s Modul) • Lineare Beziehung zwischenSpannung und Deformation: • Eigenschaften: • Instantane Deformation wenn eine Spannung angesetzt wird • Reversible Deformation wenn die Spannung wieder weggenommen wird

  7. Viskosität • Modell: Dämpfer / Newton’sches ElementViskosität h (Dynamische Viskosität) • Lineare Beziehung zwischenSpannung und Deformationsrate: • Eigenschaften: • Zunehmende Deformation mit der Zeit wenn eine Spannung angesetzt wird • Nicht-reversible Deformation wenn die Spannung wieder weggenommen wird 2x

  8. Geschlossenes Gleichungssystem • Kräftegleichgewicht: • Kinematische Beziehung: • Rheologie: • Elastisch: • Viskos: • GeschlossenesGleichungssystem:

  9. Elastisch vs. Viskos • In der Geologie immer beides! Visko-elastisch • Immer eine Approximation! Nicht-lineare Rheologie spielt eine wichtige Rolle. Abhängig von • Druck- und Temperaturbedingungen • Deformationsgeschwindigkeit • Grössenskala der Deformation • Elastisch • Seismische Wellen • Elastisches Biegen der Lithosphärenplatten • Viskos • Duktile Deformation • Falten, Scherzonen, Boudinage, etc.

  10. Übung • Ein Gestein wird instantanunter Spannung gesetzt. DieseSpannung wird später wiederinstantan entfernt (siehe Figur). • Skizziere den zeitlichen Verlauf der Deformation für den Fall, dass das Gestein visko-elastisch ist. Visko-Elastizität kann durch zwei Modelle beschrieben werden:Maxwell-Körper: Kelvin-Körper:

  11. Plastizität • Modell: Rigider Block auf dem BodenFliessgrenze sy (Yield stress) • s < sy: Keine Deformations = sy: Permanente DeformationDie Spannung kann sy nicht übersteigen. • Eigenschaften: • Gestein verformt sich nur dort, wo die Spannung die Fliessgrenze erreicht  Lokalisierte Deformation

  12. Typische Spannungs-Deformations-Beziehungspröd vs. duktil s Beim Bruch wird dieSpannung relaxiert. Tiefe Druck- undTemperaturbedingungen zunehmende Belastung s spröd e zunehmende Verformung s duktil e Hohe Druck- undTemperaturbedingungen e

  13. ‘Hausaufgaben’ Nächste Woche • Prüfung 10:15-11:00 (pünktlich) • Nicht vergessen: Geodreieck, Zirkel • Vergessen: Handy, Taschenrechner, Vorlesungsunterlagen • VortragHeute, 12:15, NO F11Geophysical Fluid Dynamics Seminar Frehner M.:Fold analysis and dynamical unfolding in theZagros High Folded Zone, Kurdistan Region of Iraq

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