عنوان پایان‌نامه
بررسی و تحلیل چقرمگی شکست دینامیکی سنگ ها
- رشته تحصیلی
- مهندسی معدن-مکانیک سنگ
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: 2420;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 59234
- تاریخ دفاع
- ۱۵ اردیبهشت ۱۳۹۲
- دانشجو
- علی اصغر میرمحمدلو
- استاد راهنما
- حسین معماریان, سهیل محمدی توچائی
- چکیده
- همگام با توسعه سریع فعالیت های مهندسی، نیاز روزافزون جوامع به انجام انواع فعالیت های مهندسی سنگ نظیر حفاری، استخراج، انفجار و جداسازی مواد معدنی، سبب به کارگیری اصول و روش های مکانیک شکست دینامیکی سنگ شده است. امروزه حفاری چاه ها و معادن زیرزمینی و ساخت تونل ها در عرصه فنون مهندسی کاری متداول می باشد که در بسیاری از آنها طراحان با شکست توده های سنگی مواجه اند. در عملیات حفاری و برش سنگ ها، که اصولا بر مبنای مکانیزم رشد ترک در توده های سنگی استوار است، خواص مکانیک شکست بخش مورد حفاری از جمله رفتار رشد ترک در شکست لایه ها و توده های مختلف سنگ ها نقش تعیین کننده ای دارد. علاوه بر این معادن یکی از پر‌مخاطره‌ترین محیط‌های کاری می‌باشند. تقریباً در تمامی معادن از مواد منفجره برای شکستن سنگ و حفر فضا‌های زیرزمینی استفاده می‌گردد؛ از این رو هر لحظه امکان سقوط و یا پرتاب سنگ به اطراف وجود دارد. با افزایش عمق حفاری‌ها، پدیده‌ی انفجار سنگ پیش می‌آید. با توجه به رفتار سنگ ها تحت بارگذاری های مختلف و چگونگی شروع و گسترش شکست در سنگ ها می توان به انجام فعالیت های مهندسی فوق الذکر سرعت بخشیده و همچنین هزینه های اجرایی آنها را کاهش داد. بنابرین به منظور تامین ایمنی در برابر نیروهای دینامیکی و دانستن نحوه ی صحیح شکستن سنگ ها، آگاهی از عوامل موثر در شکست آن ها ضروری به نظر می رسد. در این پایان نامه شکست دینامیکی سنگ ها با دو روش آزمایشگاهی و عددی مورد بررسی قرار می گیرد. با ساخت دستگاه تعیین ویژگی های شکست دینامیکی مصالح، آزمون های آزمایشگاهی انجام شده و با استفاده از روش المان محدود توسعه یافته مدل سازی می شوند و نتایج دو روش با هم مقایسه می شوند.
- Abstract
- Rapid development of engineering activities expands through a variety of rock engineering processes such as drilling, blasting, mining and mineral processing. These activities require rock dynamic fracture mechanics method to characterize the rock behavior. Drilling operations and rock cutting processes normally follow with crack growth mechanism in rock mass. Fracture mechanics properties of rock play an important role in crack growth behavior in fractured layers and rock masses. Explosion, being used in mines to break rocks and excavate underground spaces, makes mine one of the most dangerous workplaces. Fall or throw of rocks are frequent in the mining environments and by increasing excavation depths, rock explosion phenomenon might occurs. The behavior of rocks under different loading conditions and the nature of fractures propagation in rocks can accelerate these phenomenon and increase costs. In order to ensure safety against dynamic forces, knowing the breaking mechanisms and effective factors of failure are essential. Several experimental methods are used for determination of dynamic fracture properties of materials. Among them, the Hopkinson pressure bar and the drop weight have been frequently used for rocks. On the other hand, numerical simulations are very useful in dynamic fracture studies. Among vast variety of numerical techniques, the powerful extended finite element method (XFEM) enriches the finite element approximation with appropriate functions extracted from the fracture mechanics solution around a crack-tip. The main advantage of XFEM is its capability in modeling different on a fixed mesh, which can be generated without considering the existence of discontinuities. In this thesis, first, the design of a drop weight test setup is presented. Afterwards, the experimental tests on igneous (basalt) and sedimentary (limestone) rocks with single-edge-cracked bend specimen are discussed. Then, each experimental test is modeled with the XFEM code. Finally, the obtained experimental and numerical results are compared. The results indicate that the experimentally predicted dynamic fracture toughness has less than 10 percent difference with calculated dynamic fracture toughness from extended ?nite element method.
