ناﺮﻳا ﮓﻨﺳ ﻚﻴﻧﺎﻜﻣ ﺲﻧاﺮﻔﻨﻛ ﻦﻴﻣﻮﺳ ناﺮﻳا -ناﺮﻬﺗ -ﺮﻴﺒﻛﺮﻴﻣا

Μέγεθος: px

Εμφάνιση ξεκινά από τη σελίδα:

Download "ناﺮﻳا ﮓﻨﺳ ﻚﻴﻧﺎﻜﻣ ﺲﻧاﺮﻔﻨﻛ ﻦﻴﻣﻮﺳ ناﺮﻳا -ناﺮﻬﺗ -ﺮﻴﺒﻛﺮﻴﻣا"

Μελπομένη Βασιλόπουλος
7 χρόνια πριν
Προβολές:

1 اندازه گيري چقرمگي شكست سنگ و بررسي خصوصيات شكست آن تحت شرايط بارگذاري مركب با استفاده از روشهاي عددي و آزمايشگاهي روح اله حسن پور نقدعلي چوپاني چكيده مكانيك شكست سنگ به طور گسترده اي در فرايند آتشباري سنگها شكست هيدروليكي تحليل شيبهاي سنگي ژي وفيزيك مكانيك زلزله استخراج انرژي ژي وترمال زمين حفاري هاي زيرزميني حفاري چاههاي نفت و در بسياري از مساي ل كاربرد فراواني دارد. هنگامي كه يك سنگ ترك يا شكست ذاتي دارد رفتار مكانيكي پيرامون انتهاي ترك فاكتور مهمي است كه بايد در طراحي و پايداري فرايندهاي ذكر شده موردتوجه قرار گيرد. اين مطالعه كاربرد مكانيك شكست را براي مشخص كردن خصوصيات شكست مد مركب (mixed-mode) مصالح ترد وشكننده با استفاده از روشهاي عددي و آزمايشگاهي مورد بررسي قرار مي دهد. با استفاده از نتايج المان محدود ضرايب تصحيح به نمونه هاي مختلف سنگها اعمال شده است تا فاكتورهاي شدت تنش آزمايش اصلاح شده Arcan با تركهايي كه تحت بارگذاري مد مركب (mixed-mode) واقع شده اند ارزيابي گردد. فاكتورهاي شدت تنش و نرخ هاي انرژي آزاد شده همراه آن براي نمونه هاي مختلف انتخاب شده بدست آورده شده اند. واژه هاي كليدي: مكانيك شكست المان محدود آزمايش اصلاح شده Arcan بارگذاري مركب 1- مقدمه طي دو دهه اخير كاربرد مكانيك شكست در مكانيك سنگ مورد توجه بسياري از محققين قرار گرفته و در حال حاضر نيز تحقيقات زيادي در اين زمينه در حال انجام مي باشد. مكانيسم شكست در اغلب سنگها ترد مي باشد. شكست ترد كه به رشد ناپايدار و سريع ترك اطلاق مي شود معمولا در مواردي اتفاق مي افتد كه جسم داراي ميزان نرمي پاييني باشد و به همين علت تغيير شكل پلاستيك ناچيزي در اطراف ترك بوجود مي آيد كه مي توان از آن چشم پوشي كرد بنابراين مفاهيم مكانيك شكست الاستيك خطي براي آن قابل استفاده خواهد بود[ 8 ]. در اين مقاله ابتدا نمونه و دستگاه اصلاح شده Arcan با استفاده از نرمافزار المان محدود ABAQUS مدلسازي شده و حدود هشت نوع سنگ متداول در آن در اثر اعمال بار با زواياي مختلف مورد تحليل واقع شده و فاكتورهاي شدت تنش براي اين سنگها تعيين شدهاند. اين فاكتورها براي ايجاد رابطهاي بين بار بحراني شكست قطعه و چقرمگي شكست سنگ در بارگذاري هاي كششي برشي و مركب دانشجوي كارشناسي ارشد مكانيك سنگ دانشگاه صنعتي سهند تبريز. r_hasanpour@sut.ac.ir استاديار دانشكده مهندسي مكانيك دانشگاه صنعتي سهند تبريز. choupani@sut.ac.ir 15

2 موردنياز مي باشند. 2- خصوصيات مصالح در اين مطالعه هشت نوع سنگ رايج در طبيعت كه داراي خصوصيات مكانيكي كاملا متفاوتي با همديگر هستند براي تحليل هاي المان محدود مورداستفاده واقع شده است. جدول (1) مشخصات اين سنگها را نشان مي دهد. جدول (1): مشخصات مكانيكي سنگهاي مورد استفاده در تحليل هاي المان محدود Rock Name E(pa) ν Rock Name E(pa) ν limestone 2.85E basalt 3.49E sandstone 1.93E marble 5.58E siltstone 2.63E granite 7.38E shale 1.11E quartzite 8.83E همچنين دستگاه آزمايش Arcan نيز كه از جنس فولاد زنگ نزن ميباشد داراي مدول الاستيسته 200 گيگاپاسكال و ضريب پواسون 0/3 مي باشد. لازم به ذكر است داده هاي فوق از پايگاه دادههاي نرم افزار FLAC گردآوري شده اند. 3- مدل المان محدود شكل (1) هندسه نمونه آزمايش اصلاح شده Arcan را نشان مي دهد. نمونه سنگي مورد استفاده در اين مطالعه يك نمونه مستطيلي شكل است كه 60 ميلي متر عرض و 90 ميلي متر طول دارد. طول ترك نصف عرض نمونه يعني 30 ميلي متر بوده و بنابراين نسبت a/w برابر با 0/5 مي باشد. يك نيروي يكسان 1000 نيوتني بر همه نمونه ها با شكل هندسي مشابه و با زواياي درجه اعمال شده است. شماي كلي از نمونه ودستگاه Arcan در شكل (2) نمايش داده شده است. شكل (3) طرح يك مدل مش بندي شده كامل از دستگاه و نمونه اصلاح شده Arcan را نشان مي دهد كه با استفاده از كد المان محدود ABAQUS ايجاد شده است. تمامي نمونه با استفاده از المان هشت گرهي Collapsed چهارگوش مدلسازي شده است ولي مش اطراف راس ترك مورد تصحيح قرار گرفته است. به علت اهميت نحوه المان بندي راس ترك در اين نرم افزار براي تحليل قطعات ترك دار المانهاي سينگولار (Singular) كه المانهاي مخصوص نوك ترك ميباشند گنجانده شده است. يك تحليل المان محدود الاستيك خطي تحت شرايط كرنش صفحه اي با استفاده از سينگولاريتي ميدان تنش / r 1 انجام گرفته است[ 2 ]. 16

ب( سومين كنفرانس مكانيك سنگ ايران- 24 الي 26 مهر 1386 شكل (1): هندسه نمونه آزمايش اصلاح شده Arcan شكل (2): نمونه و دستگاه اصلاح شده Arcan ( (الف) شكل( 3 ) : طرح يك مدل مش بندي شده كامل از دستگاه و

3 ب( سومين كنفرانس مكانيك سنگ ايران- 24 الي 26 مهر 1386 شكل (1): هندسه نمونه آزمايش اصلاح شده Arcan شكل (2): نمونه و دستگاه اصلاح شده Arcan ( (الف) شكل( 3 ) : طرح يك مدل مش بندي شده كامل از دستگاه و نمونه اصلاح شده Arcan الف) قبل از بارگذاري ب) بعد از بارگذاري براي بدست آوردن يك عبارت سينگولاريتي r /1 براي ميدان تنش راس ترك المانهاي پيرامون راس ترك در آن بر روي هم قرار مي گيرند و در يك نقطه متمركز مي شوند. و گره هاي مياني اضلاع المان به يك چهارم هر ضلع المان نسبت به راس ترك جابجا مي شوند (مناسب براي حالت الاستيك خطي)[ 2 ]. اين روش براي اولين حلقه المانها اطراف راس ترك به كار گرفته شده است. شكل ساده اي از المانهاي سينگولار در شكل (4) آورده شده است. 17

4- نتايج و بحث ها 1-4- تاثير زواياي بارگذاري شكل (4): المانهاي سينگولار اطراف راس ترك براي بررسي تاثير زواياي بارگذاري بر نرخ انرژي آزاد شده كل نرخ انرژي آزاد شده مد كششي و مد برشي و انرژي محاسبه شده

4 4- نتايج و بحث ها 1-4- تاثير زواياي بارگذاري شكل (4): المانهاي سينگولار اطراف راس ترك براي بررسي تاثير زواياي بارگذاري بر نرخ انرژي آزاد شده كل نرخ انرژي آزاد شده مد كششي و مد برشي و انرژي محاسبه شده توسط J- انتگرال هر كدام از نمونه ها با زواياي و 90 درجه در معرض بار ثابت 1000 نيوتني قرار گرفتند. نتايج بدست آمده براي اين زواياي بارگذاري در شكلهاي (5) و (6) آورده شده است. همچنين تاثير زواياي بارگذاري بر مقادير چقرمگي شكست (فاكتور شدت تنش) براي يك نوع سنگ (سنگ آهك) را مي توان در شكل (7) مشاهده كرد كه با افزايش زاويه بارگذاري از 0 تا 90 درجه مقدار فاكتور شدت تنش مد كششي ) ولي فاكتور شدت تنش مد برشي ) II ( K افزايش پيدا مي كند. ( K I كاهش مييابد 200 energy release rate (GT) sandstone siltstone limestone shale marble granite basalt guartzite loading angle شكل (5) : تاثير زاويه بارگذاري بر مقاديرنرخ انرژي كرنشي آزاد شده كل ) T G) شكل (6): تاثير زواياي بارگذاري بر نرخ انرژي آزاد شده كل نرخ انرژي آزاد شده مد كششي و مد برشي و انرژي محاسبه شده توسط J- انتگرال در يك نمونه سنگ آهك 18

5 شكل (7): تاثير زواياي بارگذاري بر مقادير فاكتور شدت تنش براي يك نمونه سنگ آهك 2-4- تاثير مدول الاستيسيته در اين مقاله تاثير مدول الاستيسيته و ضريب پواسون بر خصوصيات شكست سنگ نيز براي زواياي بارگذاري مختلف مورد مطالعه قرار گرفته است. همانطور كه در شكل (5) مشاهده ميشود و همچنين با توجه به رابطه 2 G = K E چون نرخ انرژي آزاد شده با مدول الاستيسيته سنگ نسبت معكوس دارد با افزايش مدول الاستيسيته مقادير نرخ انرژي كرنشي آزاد شده مد كششي ) 1 G) و برشي ) 2 G) و نرخ انرژي آزاد شده كل ) T G) كاهش پيدا مي كنند بنابراين هر چه قدر سفتي سنگ افزايش پيدا مي كند مقاومت در برابر شكست آن افزايش مي يابد. همچنين مشاهده مي كنيم كه پارامترهاي شكست سنگ نسبت به ضريب پواسون در مقايسه با مدول الاستيسيته حساسيت كمتري دارند. 5- نتيجه.1.2 به علت اهميت نحوه المان بندي راس ترك براي تحليل قطعات ترك دار المانهاي سينگولار كه المانهاي مخصوص نوك ترك مي باشند گنجانده شده است كه باعث افزايش دقت تحليل ها شده و ميزان خطاي احتمالي را كاهش مي دهند. با افزايش زاويه بارگذاري از 0 تا 90 درجه مقدار فاكتور شدت تنش مد كششي ) يابد ولي فاكتور شدت تنش مد برشي ) II ( K افزايش پيدا مي كند.. ( K I كاهش مي-.3.4 با افزايش مدول الاستيسيته مقادير نرخ انرژي كرنشي آزاد شده مد كششي و برشي و نرخ انرژي آزاد شده كل كاهش پيدا مي كنند. پارامترهاي شكست سنگ نسبت به ضريب پواسون در مقايسه با مدول الاستيسيته حساسيت كمتري دارند. 6- مراجع [1] N.Choupani FE analysis of stress intensity factors in adhesively bonded double-lap specimens International conference on Advances in material Engineering, 2006, December, India [2] N.Choupani Experimental and numerical Investigation of the mixed-mode interlaminar fracture of CF/PEI composite material, International conference on Advances in material Engineering, 2006, December, India [3] Qiuhua rao, Zongqi Sun, O.Stephansson, Chunlin Li, B.Stillborg Shear fracture (mode II) of 19

6 brittle rock, International journal of rock mechanics & mining sciences 40 (2003) [4] L.Lim, W.Johnston, K.chois Assessment of mixed-mode fracture toughness testing methods for rock Int. j. rock mech. min. sci. & geomech. Vol. 31, No.3, pp ,1994 [5] H.Y.Liu, S.Q.Kou, P.A.Lindqvist & C.A.Tang Numerical simulation of shear fracture (mode II) in heterogeneous brittle rock Int. J. Rock Mech. Min. Sci. vol. 41, No. 3 [6] Soo-Ho Chang, Chung-In Lee, Seokwon Jeon Measurement of rock fracture toughness under modes I & II & mixed-mode conditions by using disc-type specimens Engineering geology 66 (2002) [7] مجيدرضا آيت اللهي رضا اشتري مهدي محمدآبادي "تحليل اجزا محدود نمونه CNSR جهت تعيين چقرمگي شكست مواد سنگي" كنفرانس مهندسي معدن ايران [8] مجيدرضا آيت اللهي سارا باقري فرد " چقرمگي شكست مواد سنگي و سراميكي تحت بارگذاري مركب بررسي نمونه ه يا آزمايشگاهي" كنفرانس مهندسي معدن ايران

Σχετικά έγγραφα

در اين آزمايش ابتدا راهاندازي موتور القايي روتور سيمپيچي شده سه فاز با مقاومتهاي روتور مختلف صورت گرفته و س سپ مشخصه گشتاور سرعت آن رسم ميشود.

ك ي آزمايش 7 : راهاندازي و مشخصه خروجي موتور القايي روتور سيمپيچيشده آزمايش 7: راهاندازي و مشخصه خروجي موتور القايي با روتور سيمپيچي شده 1-7 هدف آزمايش در اين آزمايش ابتدا راهاندازي موتور القايي روتور