شماره مدرك :
17915
شماره راهنما :
15641
پديد آورنده :
حسن زاده ساماني، فردين
عنوان :

مطالعه رشد ترك زيربحراني در سنگ تحت مد II بارگذاري

مقطع تحصيلي :
كارشناسي ارشد
گرايش تحصيلي :
مكانيك سنگ
محل تحصيل :
اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان
سال دفاع :
1401
صفحه شمار :
پانزده، 103ص.: مصور (رنگي)، جئول، نمودار
استاد راهنما :
محمود بهنيا
استاد مشاور :
لهراسب فرامرزي
توصيفگر ها :
مد II بارگذاري , رشد ترك زيربحراني , ضريب شدت تنش , چقرمگي شكست , آزمايش نرخ تنش ثابت
استاد داور :
عليرضا باغبانان، حميد هاشم الحسيني
تاريخ ورود اطلاعات :
1401/07/30
كتابنامه :
كتابنامه
رشته تحصيلي :
مهندسي معدن
دانشكده :
مهندسي معدن
تاريخ ويرايش اطلاعات :
1401/07/30
كد ايرانداك :
2871499
چكيده فارسي :
در مكانيك شكست كلاسيك، وقتي ضريب شدت تنش به ضريب شدت تنش بحراني، برسد يا از آن فراتر برود، ترك¬ها گسترش مي-يابند. در صورتي كه در شرايطي رشد ترك مي¬تواند در يك ضريب شدت تنشي كمتر از حالت بحراني رخ دهد، كه به آن رشد ترك زير بحراني(SCG)، گويند. مطالعه رشد ترك زيربحراني براي بررسي رفتار طولاني مدت سنگ تحت بارهاي وارده و در نتيجه ارزيابي پايداري طولاني مدت سازه هاي زيرزميني و سطحي در توده¬هاي سنگ از اهميت بالايي برخوردار است. رشد ترك زير بحراني يكي از اصلي ترين دلايل رفتارهاي وابسته به زمان در سنگ¬ها بوده كه عمدتاً به ترك ناشي از خوردگي تنشي نسبت داده مي شود. خوردگي تنشي، واكنش شيميايي بين سيليس موجود در ناحيه نوك ترك تحت تنش و آب است. با اين حال، رشد ترك زير بحراني نيز تحت تأثير عوامل محيطي قرار دارد. تحقيقات قابل توجهي براي تعيين پارامترهاي رشد ترك زير بحراني در حالت مد I انجام شده است، اما مطالعات صورت گرفته در مورد پارامترهاي رشد ترك زير بحراني در حالت مد II بارگذاري محدود مي¬باشد، هر چند كه اين مد بارگذاري، در بسياري از مسائل مهندسي سنگ داراي كاربردهاي مهمي مي باشد. به عنوان مثال، براي پايداري وابسته به زمان حفاري¬هاي زيرزميني و سطحي در سنگ، رشد وابسته به زمان شكستگي¬هاي برشي اغلب مهم¬تر از رشد ترك¬هاي كششي است. هدف از اين مطالعه درك اثر حرارتي به عنوان يكي از مهمترين عوامل محيطي بر رفتار شكست سنگ هورنفلس است كه به ترتيب در دماي 25 درجه سانتيگراد (بدون عمليات حرارتي)، 250 ، 500 و 750 درجه سانتي گراد حرارت داده شده¬اند. در اين مطالعه به منظور تعيين پارامتر¬هاي رشد ترك زيربحراني از آزمايش نرخ تنش ثابت و همچنين از يكي از انواع آزمايش مكانيك شكست موجود براي بارگذاري مد II (آزمايش خمش چهارنقطه) استفاده شده¬است. آزمايشات در سه نرخ جابجايي ثابت 06/0 ميلي¬متر بر دقيقه، 6/0 ميلي¬متر بر دقيقه و 6 ميلي¬متر بر دقيقه و در هر حالت سه آزمايش براي كنترل تكرارپذيري انجام شد. بر اساس نتايج، چقرمگي شكست نمونه هاي هورنفلس با افزايش دما تا 250 درجه سانتي¬گراد، افزايش و سپس با افزايش دماي عمليات حرارتي كاهش يافت. با افزايش دماي عمليات حرارتي از 250 درجه سانتي گراد، به دليل خرابي حرارتي ساختار كريستالي كوارتز و ايجاد شكستگي هاي بين دانه اي وسيع تر، چقرمگي به شدت كاهش يافت. با افزايش دما اندازه دانه و بازشدگي متوسط ترك ابتدا كاهش و سپس افزايش يافت در حالي كه اعوجاج روندي عكس نسبت اندازه دانه و بازشدگي متوسط را دارا مي باشد. در اين مطالعه سرعت رشد ترك زيربحراني با استفاده از پارامتر¬هاي رشد ترك زيربحراني و ضريب شدت تنش در مد II بارگذاري محاسبه گرديد. نتايج حاصل از آزمايش نشان داد كه براي مقدار معين ضريب شدت تنش KII، بيشترين سرعت ترك زيربحراني براي دماي 750 درجه سانتي¬گراد (10+1×87/7-10-7×63/4 متر بر ثانيه) و كمترين سرعت ترك زيربحراني براي دماي 250 درجه سانتي¬گراد (10-4×80/6-10-10×2 متر بر ثانيه) رخ مي دهد.
چكيده انگليسي :
In classical fracture mechanics, cracks propagate when the stress intensity factor reaches or exceeds the critical stress intensity factor. If the crack growth can occur in a stress intensity factor lower than the critical state, it is called subcritical crack growth (SCG). The study of subcritical crack growth is of great importance to investigate the long-term behavior of rock under applied loads and as a result to eva‎luate the long-term stability of underground and surface structures in rock masses. Subcritical crack growth is one of the main causes of time-dependent behavior in rocks, which is mainly attributed to stress corrosion cracking. Stress corrosion is a chemical reaction between silica present in the crack tip area under stress and water. However, subcritical crack growth is also influenced by environmental factors. Considerable research has been done to determine the parameters of subcritical crack growth in mode I, but the studies conducted on the parameters of subcritical crack growth in mode II loading are limited, although this loading mode is useful in many rock engineering problems. It has important applications. For example, for the time-dependent stability of underground and surface excavations in rock, the time-dependent growth of shear fractures is often more important than the growth of tensile cracks. The aim of this study is to understand the effect of heat as one of the most important environmental factors on the fracture behavior of hornfels stone, which were heated at 25°C (without heat treatment), 250, 500 and 750°C, respectively. In this study, in order to determine the subcritical crack growth parameters, the constant stress rate test and also one of the available fracture mechanics tests for mode II loading (four-point bending test) have been used. Experiments were carried out at three fixed displacement rates of 0.06 mm/min, 0.6 mm/min and 6 mm/min, and in each case, three experiments were performed to control repeatability. Based on the results, the fracture toughness of hornfels samples increased with increasing temperature up to 250 degrees Celsius and then decreased with increasing heat treatment temperature. As the heat treatment temperature increased from 250°C, the toughness decreased drastically due to the thermal breakdown of the quartz crystal structure and the creation of wider intergranular fractures. With the increase in temperature, the grain size and the average opening of the crack first decreased and then increased, while the reverse trend distortion has the ratio of the grain size and the average opening. In this study, the subcritical crack growth rate was calculated using the subcritical crack growth parameters and the stress intensity factor in mode II loading. The results of the experiment showed that for a certain value of the stress intensity factor (KII), the highest subcritical crack velocity results for a temperature of 750 °C (4.63×10-7-7.87×10+1 m/s) and the lowest subcritical crack velocity occurs for a temperature of 250 °C (2×10-10-6.80×10-4 m/s).
استاد راهنما :
محمود بهنيا
استاد مشاور :
لهراسب فرامرزي
استاد داور :
عليرضا باغبانان، حميد هاشم الحسيني
لينک به اين مدرک :

بازگشت