استفاده از روش ناپیوستگی جابه‌جایی در تحلیل مکانیسم انتشار ترک‌ها در مواد شبه سنگی

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

چکیده

در طبیعت، مواد ترد سنگی ترک­ دار (ترک‌های از پیش موجود) معمولاً تحت بارگذاری فشاری قرار می­گیرند. مطالعه مکانیسم انتشار ترک­ها در سنگ برای طراحی سازه­های سنگی از اهمیت ویژه­ای برخوردار است. در این تحقیق، مکانیسم شروع، گسترش و بهم پیوستگی ترک­های از پیش موجود در مدل‌های عددی و نمونه­های شبه سنگی تحلیل شده است . همچنین، تأثیر زاویه ترک بر تنش شروع رشد ترک، تنش بهم پیوستگی و زاویه شروع رشد ترک مورد بحث قرار گرفته است. روش عددی بکارگرفته شده ناپیوستگی جابه‌جایی به همراه المان‏های مرتبه بالا (المان‏های کوادراتیک) است که یکی از زیر مجموعه­های روش المان مرزی غیر مستقیم می‌باشد. نمونه­های آزمایشگاهی از مواد شبه سنگی ( ترکیبی از سیمان، ماسه و آب) تهیه شده‌اند و در آن‌ها ترک­های از پیش موجود با زوایای مختلف و فاصله داری یکسان نسبت به همدیگر ایجاد شده است. با بارگذاری محوری این نمونه­ها تنش شروع ترک، تنش شکست و مسیر انتشار و بهم پیوستگی ترک­ها تعیین گردیده است.. اثر زاویه ترک‌های اولیه نسبت به همدیگر باعث تغییر مسیر بهم پیوستگی و مسیر نهایی شکست می‌گردد. بر اساس نتایج بدست آمده از آزمایشات و مدل‌سازی عددی، ترک‌های باله‌ای ابتدا شروع به انتشار می‌کنند و نقش اصلی را در شکست نهایی نمونه‌های شبه سنگی دارند، اما امکان تشکیل شدن ترک‌های ثانویه از نوک ترک‌های از پیش موجود وجود دارد. مقایسه نتایج عددی و آزمایشگاهی نشان می­دهد که روند انتشار و بهم پیوستگی ترک­ها از تطابق بسیار خوبی برخوردار هستند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Analysis of Crack Propagation Mechanism in Rock-Like Specimens Using Displacement Discontinuity Method (DDM)

نویسندگان [English]

  • Hadi Haeri
  • Kuorosh Shahriar
  • Mohammad Fatehi Marji
  • Parviz Moarefvand
چکیده [English]

The rocks with pre-existing cracks are normally under compression. Study of the propagation mechanism of these pre-existing cracks is important in the design of rock structures. In the present paper, a coupled numerical-experimental analysis of crack propagation, cracks coalescence and breakage process of brittle solids such as rocks and rock-like specimens are studied. The pre-cracked cylindrical specimens of rock-like materials (using specially made rock-like specimens from Portland Pozzolana Cement (PPC), fine sand and water) tested under compressive loading. Several tests accomplished on the rock-like specimens containing two cracks to evaluate the final breakage path in these samples. The effect of the orientations of these two cracks with a constant spacing on the crack propagation paths and cracks coalescence have been experimentally investigate. These results show that the changing in the orientation of the second crack affect the crack growth and coalescence paths. The same specimens simulated numerically by an indirect boundary element method known as displacement discontinuity method. The numerical and experimental results obtained from the tested specimens compared with each other and showing good agreements between the corresponding values. The accuracy, validity and effectiveness of these approaches are quite evident by comparing these experimental and numerical results.

کلیدواژه‌ها [English]

  • rock-like specimens
  • cracks coalescence path
  • Numerical and experimental analyses