نوع مقاله: علمی - پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار دانشکدة مهندسی معدن، دانشگاه صنعتی اصفهان

2 دانشگاه صنعتی مالک اشتر، مجتمع دانشگاهی آمایش و پدافند غیر عامل

چکیده

    شکست سازه های سنگی و گسترش ترک در آن‌ها اغلب تحت مد ترکیبی رخ می‌دهد. از این رو تعیین پارامترهای مکانیک شکست مصالح سنگی در حالت مد ترکیبی (چقرمگی مد I و II)، به‌عنوان معیاری برای شروع و گسترش ترک بسیار ضروری است. نمونه‌هایی با هندسه مختلف برای اندازه‌گیری پارامترهای بیان‌شده استفاده شده است. ولی نمونه دیسکی با یک ترک مرکزی (CSCBD) به‌دلیل در دسترس بودن مغزه‌های حفاری و همچنین سهولت آماده‌سازی، توسط محققین مختلف بیشتر استفاده شده است. در این مطالعه یک برنامة عددی (2DFPM) بر مبنای روش المان مرزی (ناپیوستگی-جابجایی (Displacement Discontinuity))که قابلیت بسیار مناسبی در مدل‌سازی توسعة ترک دارد،توسعه داده شده و نحوة گسترش ترک در نمونه‌های دیسکی دارای ترک مرکزی در هندسه‌های مختلف ترک بررسی شد. برای افزایش دقت محاسبات از المان‌های مرتبة بالا (Higher Order Elements) برای مدل‌سازی مرز ترک و محیط اطراف آن و المان نوک ترک استفاده شده است. به‌منظور اعتبارسنجی برنامة عددی توسعه داده شده در مدل‌سازی فرایند رشد ترک و استخراج پارمترهای مکانیک شکست تعدادی از مسائل دارای حل تحلیلی و عددی با استفاده از برنامة عددی، مدل‌سازی شد و نتایج آن با نتایج ارائه شده توسط دیگر محققین مقایسه شد. مطالعة عددی گسترش ترک در نمونه‌های دیسکی نشان داد که زاویة قرارگیری ترک مرکزی نسبت به امتداد بارگذاری و همچنین طول ترک بر میزان بازشدگی، تنش‌های کششی و فشاری و فاکتور شدت تنش ایجادی در نوک ترک تأثیر داشته و این عوامل تعیین‌کننده مسیر گسترش شکستگی در نمونة دیسکی می باشند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Fracture mechanics analysis of rock cracked discs using the boundary element method

نویسندگان [English]

  • Mahmoud Behnia 1
  • Seyed Hossein Mirzeinali Yazdi 2

1 Isfahan University of Technology, Mining Engineering Department

2 Malek Ashtar University of Technology, passive Defense Department

چکیده [English]

Fracturing of rock structures occurs usually under mixed mode I-II loading. The determination of the complete fracture toughness envelopes (KI-KII) for rocks is essential since it may serve as a fracture criterion for crack initiation under mixed mode I-II loadings. A number of methods have been developed to determine the fracture toughness of these modes using different specimen configuration. The Brazilian disk specimens with a central crack is proposed by many researchers for investigating modes I, II, and mixed fracture toughness in brittle materials. In this study, the numerical program (2DFPM) was developed based on the boundary element method (displacement discontinuity method) for studying the fracture propagation on Central Straight through Crack Brazilian Disk (CSCBD) specimens. In-order to enhance the capability and accuracy of the numerical program, special elements (crack tip, and quadratic element) were used. The validity of the program was verified by different analytical and numerical results. The results from numerical analysis show that the inclination angle of the crack with respect to the diametrical load and the crack length have the most important impact on the SIFs (Stress Intensity factor) and fracture propagation path.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Crack propagation
  • Mixed mode (I/II)
  • CSCBD specimen
  • Displacement Discontinuity Method