عنوان پایان‌نامه
تعیین چقرمگی شکست دینامیکی سنگ ها با استفاده از نمونه های خمشی استوانه ای
- رشته تحصیلی
- مهندسی معدن-مکانیک سنگ
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: 2818;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 65751
- تاریخ دفاع
- ۰۳ آذر ۱۳۹۳
- دانشجو
- قربان خاندوزی گناره
- استاد راهنما
- حسین معماریان
- چکیده
- تحلیل مسائل شکست نیازمند دانستن مقدار پارامترهای شکست است. یکی از مهم ترین پارامترهای شکست ضریب شدت تنش می باشد که برای اولین بار توسط اروین در سال 1957 معرفی شد. این پارامتر، بسته به شرایط بارگذاری، به صورت استاتیکی یا دینامیکی معرفی می شود. نخستین اندازه گیری پارامتر شکست مطابق با استاندارد ASTME399، برای مواد فلزی ارائه شد. این استاندارد به دلیل ترد بودن مواد سنگی و خستگی قبل از شکست آنها چندان مناسب تشخیص داده نشده است. برای رفع این مشکل انجمن بین المللی مکانیک سنگ (ISRM) طی سال های 1988 تا 1995 روش هایی را برای اندازه گیری ضریب شدت تنش استاتیکی به منظور یکسان سازی روش آزمایش پیشنهاد نمود. با توجه به اینکه بسیاری از مسائل مکانیک سنگی، نظیر حفاری، آتشباری، استخراج و طراحی نگهدارنده ها تحت شرایط بار دینامیکی می باشند، نیاز به دانستن پارامتر ضریب شدت تنش دینامیکی برای تحلیل اینگونه مسائل بیش از پیش ضروری به نظر می رسد. داده های در دسترس انرژی شکست دینامیکی به مراتب کمتر از داده های مربوط به آزمون های استاتیکی است. در چنین شرایط، انجام مطالعاتی برای فهم رفتار سازه در برابر بار دینامیکی، از اهمیت بیشتری نسبت به بار استاتیکی برخوردار است. به این منظور روشهای آزمایشگاهی چندی، مانند ضربه چارپی، آزمایش سقوط وزنه و آزمایش میله بار هاپکینسون برای آگاهی از رفتار مواد تحت بار دینامیکی توسعه یافته اند. در حوزه مطالعات سنگی هم، انجمن بین المللی مکانیک سنگ در سال 2012 روش پیشنهادی جدیدی را برای تعیین پارامترهای شکست دینامیکی معرفی نمود. برای حل مسائل ترک سه روش تحلیلی، آزمایشگاهی و عددی موجود می باشد. حل تحلیلی به دلیل سخت و پیچیده و وقت گیر بودن چندان در مورد مسائل شکست کاربردی نیست. به این منظور غالبا از روش های آزمایشگاهی و عددی بعنوان روش های جایگزین برای اندازه گیری پارامترهای شکست استفاده می شود. هدف مطالعه حاضر اندازه گیری چقرمگی و انرژی شکست دینامیکی نمونه های استوانه ای دارای ترک مستقیم، با استفاده از دستگاه سقوط وزنه اصلاح شده است که به این منظور طراحی و ساخته شده است. همچنین، با به کارگیری تکنیک ترکیبی (آزمایشگاهی - عددی) دیگر پارامترهای شکست دینامیکی، همچون ضریب شدت تنش شروع شکست، سرعت رشد ترک و میزان بازشدگی دهانه ترک اندازه گیری شده اند. اندازه گیری های آزمایشگاهی نشان داده است که برای نرخ بارگذاری 0.12تا 0.56 کیلونیوتن بر میکروثانیه چقرمگی و انرژی شکست دینامیکی به ترتیب در بازه 9.6 تا 18.51 مگاپاسکال رادیکال متر و 1249.73 تا 4646.08 ژول بر مترمربع به صورت خطی و منحنی درجه دوم تغییر می کنند. کلید واژه ها: ضریب شدت تنش، چقرمگی شکست، آزمون ضربه چارپی، آزمون سقوط وزنه، آزمون میله بار هاپکینسون، سرعت رشد ترک، بازشدگی دهانه ترک.
- Abstract
- Analytical solutions for fracture problems require measurement of fracture parameters. One of the most important fracture parameters is stress intensity factor, first introduced by Irvin in 1957. This parameters is measured statically or dynamically, based on load condition. First measurements for fracture parameters was developed for metallic materials (ASTM E399). This test is not appropriate for rock specimen are brittle and experience fatigue before fracturing. More recently, the International Society for Rock Mechanics (ISRM) presented the static stress intensity factor suggested method. Dealing with problems like drilling, blasting, excavation and supporting system under dynamic load, require measurement of dynamic stress intensity factor. Compared to the vast literature on static experiments, there are comparatively less data on the dynamic fracture energy. Understanding behavior of structure under dynamic load is more important than its static state. Few methods have been developed for measurements of dynamic behavior of fractures in different materials. Among them are: Hopkinson pressure bar, drop weight test and Charpy impact machine. In 2012 ISRM introduced new suggested method for measuring dynamic parameters of fractures in rock. There are analytical, experimental and numerical solutions to solve fractures problems. The analytical solutions are hard and time consuming, so experimental or numerical methods are more frequently use for measurement of dynamic fracture parameters. In this study a modified drop weight test is developed and used to measure dynamic fracture toughness and dynamic fracture energy of core specimens with straight notch. Also hybrid technique is used to measure initiation stress intensity factor, fracture velocity and crack mouth opening displacement. The results indicate that for loading rate 0.12- 0.56 KN/µS, dynamic fracture toughness and dynamic fracture energy is in the range of 9.6-18.51 MPa.?m and 1249.73-4646.08 j/m^2 and increase linearly and polynomial (order 2) respectively with increasing loading rate. Key words: Stress intensity factor, farcture toughness, Charpy impact machine, drop weight test, Hopkinson pressure bar, fractute velocity, Crack mouth opening displacement.
