نوع مقاله: علمی - پژوهشی

نویسنده

استادیار دانشکده مهندسی معدن دانشگاه صنعتی امیرکبیر

چکیده

رفتار غیر خطی و برگشت‌ناپذیر سنگ‌ها تحت بارگذاری ناشی از ایجاد،  رشد و انتشار ریزترک‌ها در سنگ یا فرآیند خرابی است. اغلب برای بررسی فرآیند خرابی از مدل‌های خرابی پدیدارشناسانه استفاده می‌شود. در این تحقیق به‌دلیل کارایی بیشتر مدل‌های خرابی ریزمکانیکی در برقراری ارتباط بین رفتار ریزمقیاس و بزرگ‌مقیاس سنگ از مدل‌های خرابی ریزمکانیکی استفاده شده است. در این مقاله دو الگوی توزیع رقیق و Mori-Tanaka ریزترک‌ها معرفی، بررسی و مقایسه شده‌اند. بدیمنظور مدل‌های خرابی دو الگوی توزیع رقیق و Mori-Tanaka در شرایط میدان تنش‌های کششی (ریزترک‌های باز) فرمولبندی شد. سپس فرمولبندی این مدل‌ها در محیط C++  کدنویسی شد و  مدل رفتاری ریزمکانیکی توسعه داده شده در قالب یک فایل DLL در محیط نرم افزار UDEC به‌عنوان یک مدل رفتاری جدید فراخوان شد.به‌منظور استفاده عملی از مدل توسعه داده شده و اعتبارسنجی آن،  از آزمایش مقاومت کششی تک‌محوره انجام شده بر سنگ گرانیت به‌عنوان مبنا استفاده شد. تلاش شد هندسه و شرایط آزمایش مطابق با واقعیت شبیه‌سازی شود. براساس نتایج شبیه‌سازی‌ها، مدل خرابی ریزمکانیکی براساس الگوی توزیع Mori-Tanaka توانسته است رفتار غیر خطی سنگ از شروع خرابی تا مقاومت حداکثر را به خوبی مطابق ‌داده‌های آزمایشگاهی شبیه‌سازی کند. در صورتی‌که مدل خرابی براساس الگوی توزیع رقیق به‌دلیل محدودیت در لحاظ مقادیر بالای متغیر خرابی نتوانسته است رفتار غیرخطی سنگ را مدل‌سازی نماید. از سوی دیگر نتایج شبیه‌سازی با مدل خرابی بر مبنای الگوی توزیع Mori-Tanaka و تابع مقاومت خرابی کاهشی در مقایسه با تابع مقاومت خرابی افزایشی تطابق بهتری با ‌داده‌های آزمایشگاهی دارد. بنابراین مدل خرابی با الگوی توزیع Mori-Tanaka و تابع مقاومت خرابی کاهشی رفتار غیر خطی سنگ در تنش‌هایی نزدیک به مقاومت حداکثر را بهتر مدلسازی کرده است.
 

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Micromechanical damage modelling in UDEC software environment for the analysis of rock behaviour under open micro cracks conditions

نویسنده [English]

  • Hamed Molladavoodi

چکیده [English]

Nonlinear and unrecoverable rock behaviour under loading is relevant to nucleation, growth and propagation of micro cracks in rock called the damage process. The phenomenological methods have always been used to investigate the rock damage process. In this research, the micromechanical damage model was implemented as it relates microscale and macroscale rock behaviours more efficiently. In this paper, dilute & Mori-Tanaka distribution schemes of micro cracks were introduced, investigated and compared with each other. The micromechanical damage models based on dilute and Mori-Tanaka distribution schemes under tensile stress field (open micro cracks) were formulated. These formulations of micromechanical damage models were coded in C++ environment. Then, the DLL file of the developed micromechanical constitutive model was implemented as a new constitutive model in UDEC software. For practical application and verification of the developed model, a reported uniaxial tensile strength test of a granite rock was selected as a basis. The geometry and boundary condition was simulated as closely possible to the real strength test. This reported tensile strength test was modelled by the proposed micromechanical damage model based on the dilute and Mori-Tanaka homogenization schemes. According to the findings, the Mori-Tanaka based micromechanical damage model can simulate the nonlinear rock behaviour especially from beginning of the damage to the peak strength in closer correlation with experimental data. However, the dilute based damage model cannot simulate the nonlinear rock behaviour because it does not take into account the high values of damage variables. Furthermore, the Mori-Tanaka damage model based on decreasing resistance function can simulate nonlinear rock behaviour in better agreement with experimental data. The simulation results of Mori-Tanaka damage model based on incremental resistance function especially in peak strength range were not correlated well with experimental data.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Micromechanical damage model
  • homogenization scheme
  • dilute distribution scheme
  • Mori-Tanaka scheme
  • damage yield function