عنوان پایان‌نامه
مدلسازی گسترش ترک اطراف چال انفجاری تحت فشار گاز به روش المان محدود توسعه یافته
- رشته تحصیلی
- مهندسی معدن-استخـراج معدن
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه پردیس 2 فنی شماره ثبت: 1936;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 48926
- تاریخ دفاع
- ۳۱ خرداد ۱۳۹۰
- دانشجو
- مجید گودرزی
- استاد راهنما
- سهیل محمدی توچائی
- چکیده
- فشار گاز و موج انفجار هر دو نقش مهمی را در خرد کردن سنگ در فرآیند انفجار دارند. عملکرد موج تنشی ایجاد ترک های اولیه و عملکرد فشار گاز توسعه این ترک ها است. برخی مطالعات تجربی نشان داده است که نقش فشار گاز می تواند از نقش موج تنش، در شکست سنگ، بیشتر باشد. همچنین در برخی عملیات های مهندسی مانند آتشباری کنترل شده و شکست سازند با گاز عملکرد فشار گاز بسیار مهم خواهد بود و نتیجه عملیات را تعیین می کند. در این مطالعه اثر نفوذ گاز به دورن ترک های موجود و گسترش آنها در اطراف یک چال، به صورت یک فرآیند شبه استاتیکی بررسی می شود. برای مدل سازی ترک از روش المان محدود توسعه یافته استفاده شده است که علاوه بر دقت بالا، نیازی به تکنیکهای پیچیده مش بندی مجدد ندارد زیرا ترک و گسترش آن مستقل از مش بندی می باشند. همچنین جریان گاز درون ترک ها به صورت یک جریان یک بعدی گذرا در نظر گرفته شده است که معادلات آن با در نظر گرفتن قانون بقای جرم و ممنتوم به دست آمده است. این معادلات به کمک روش تفاضل محدود صریح حل می شوند. به منظور ارزیابی شرایط رشد ترک از روش برون یابی جابجایی، در هر گام زمانی، فاکتور شدت تنش در نوک ترک ها محاسبه می شود و با مقدار بحرانی مقایسه می گردد. گسترش ترک در حالت مود یک شکست فرض می شود. عملکرد برنامه المان محدود توسعه یافته توسط حل های تحلیلی موجود بررسی شده است. همچنین جریان گاز در ترک ها توسط داده های آزمایشگاهی مورد ارزیابی قرار گرفت و تطابق خوبی را نشان داد. به کمک روش پیشنهادی چند مسئله شکست سازند با گاز که نتایج آن بصورت دقیق برداشت شده بود، مدلسازی شداند. به دلیل نبود مقدار دقیق برخی پارامترها، با استفاده از کالیبراسیون نتایج عددی با آزمایشگاهی مقادیری برای آنها تخمین زده شد .با بکار گیری مقادیر تخمین زده شده نتایج پیش بینی شده در مدلهای بعدی در حد قابل قبولی قرار گرفت. در نهایت برخی پارامترهای موثر در مسئله به منظور تعیین اهمیت آنها در نتایج، مورد تحلیل حساسیت قرار گرفتند.
- Abstract
- The stress wave and detonation gas both play a noticeable role in breakage of rock in a blasting operation. The effect of stress wave is to initiate cracks, while the effect of gas pressure is to extend them. Available experimental studies have shown that gas pressurization effects may predominate over the action of stress wave. Moreover, in some engineering applications such as gas-fracturing and control blasting, the act of gas preesure would be more important and it determines the final results of the operation. In this study, the effect of gas pressure on propagation of existing cracks around a blast-hole is investigated as a quasi-static phenomenon. For modeling cracks, the Extended Finite Element Method (XFEM) is implemented. Apart from the high accuracy, this method does not need the complicated re-meshing algorithm because cracks and their propagation are independent of the mesh. The gas flow in cracks is assumed as a one dimensional transient flow governed by conservation of mass and momentum. These equations are solved by the explicit Finite Difference Method. For detemination of crack propagation, in each time step, the stress intensity factor is calculated by using the displacement extrapolation method, and it is compared with the critical value. The crack propagation is considered to be in Mode I. The XFEM code has been verified by the available analytical solutions. In addition, the gas flow through the cracks has been compared with the available data of observed gas flow due to the detonation of explosive which are in good agreement. By the proposed algorithm, some High Energy Gas Fracturing tests, the results of which have been observed carefully, were modeled. As the exact amounts of some parameters were not available, they were estimated by calibration of numerical results with the experiment, those parameters. The estimated values have been used for another test with acceptable numerical results. Finally, sensitivity analyses have been performed on some factors which seemed to be influential.
