مطالعه عددي و تجربي گسترش ترك درون صفحه‌اي در سنگ هاي ترد تحت بارگذاري مود II

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

معدن

كارشناسي ارشد

يكي از نقص‌هايي كه باعث ايجاد ضعف در مقاومت يك ماده مي‌شود وجود ناپيوستگي از جمله ترك در آن مي‌باشد. وجود اين نقص در پديده‌هايي همچون شكست چاه‌هاي نفتي، لغزش شيرواني‌ها، ريزش حفريات زيرزميني، لغزش گسل‌ها و پديده‌ي زلزله همراه با آن و همچنين محيط‌هايي با فشارهاي بالا در اعماق زمين، داراي اهميت بالايي است چرا كه وجود ترك در پديده‌هاي ذكر شده نقش مهمي را ايفا مي‌كند. يكي از خواص مواد تاثير گذار در اين پديده‌ها چقرمگي شكست مود II است كه توسط محققين كمتر مورد بررسي قرار گرفته است. نمونه‌هايي كه براي اندازه‌گيري اين خاصيت معرفي شده و مورد بررسي قرار گرفته است هر يك داراي معايبي همچون دشواري در آماده سازي، خالص نبودن مود II و تركيب آن با مود I و III و غيره است. به همين دليل در اين تحقيق دو نمونه‌ي فشاري مغزه‌ي كوتاه (SCC) و ديسك برزيلي با ترك لبه‌اي (DNBD) مورد بررسي قرار گرفته است. اين دو نمونه به صورت عددي (با استفاده از نرم افزار ABAQUS 2021) و آزمايشگاهي بررسي و مقايسه شده‌اند. اين بررسي‌ها شامل تاثير طول گوشته‌ي ميان دو ترك (براي هر دو نمونه) و فشار جانبي (براي نمونه‌ي SCC) بر روي فاكتور تمركز تنش مود I و II، چقرمگي شكست مود II، زاويه‌ي رشد ترك، ميدان تنش كششي و برشي و نسبت آن‌ها بوده است. در بررسي‌هاي انجام شده براي نمونه‌ي SCC نشان داده شد چقرمگي شكست مود II با افزايش نسبت طول گوشته‌ي بين دو ترك به ارتفاع نمونه، ابتدا افزايش يافته و پس از آن روند ثابتي داشته است. همچنين با افزايش اين نسبت، تنش‌هاي كششي ما بين دو ترك حدود 50 درصد كاهش يافته اما نسبت تنش كششي به برشي افزايش يافته و از مقدار 0.5 گذر كرده است. با افزايش فشار جانبي در اين نمونه، چقرمگي شكست مود II به صورت خطي افزايشي بوده است و همچنين ميزان تنش‌هاي كششي و نسبت تنش كششي به برشي ما بين دو ترك كاهش يافته است. براي نمونه‌ي DNBD با افزايش نسبت طول گوشته‌ي بين دو ترك به قطر نمونه مقدار چقرمگي شكست مود II ابتدا كاهش يافته و در جايي به مقدار كمينه خود رسيده و پس از آن افزايش يافته است. با افزايش اين نسبت، سطح تنش كششي افزايش يافته و نسبت تنش كششي به برشي ما بين دو ترك نيز افزايش يافته و در جايي از مقدار 0.5 گذر كرده است. مقايسه‌ي مقدار چقرمگي شكست اين دو نمونه نشان داد كه در فشار جانبي 1.5 مگاپاسكال (براي نمونه‌ي SCC) مقادير براي هر دو نمونه باهم برابر شده است. با مقايسه‌ي مقادير تنش كششي و نسبت تنش كششي به برشي هر دو نمونه نشان داده شد كه نمونه‌ي DNBD نتايج بهتري نسبت به نمونه‌ي SCC داشته است.

214116

مكانيك سنگ

مهندسي معدن

دانشگاه صنعتي اصفهان

عليرضا باغبانان، حميد هاشم الحسيني

محمود بهنيا