رفتن به محتوای اصلی
x
مطالعه رشد ترك زیر بحرانی در سنگ تحت مد II بارگذاری
تاریخ دفاع
مقطع تحصیلی
كارشناسی ارشد
گروه آموزشی
مكانیك سنگ
استاد

محمود بهنیا

دانشکده
مهندسی معدن

در مکانیک شکست کلاسیک، وقتی ضریب شدت تنش به ضریب شدت تنش بحرانی، برسد یا از آنفراتر برود، ترک­ها گسترش می­یابند. در صورتی که در شرایطی رشد ترک می­تواند در یک ضریب شدت تنشی کمتر از حالت بحرانی رخ دهد، که بهآن رشد ترک زیر بحرانی(SCG)، گویند. مطالعه رشد ترک زیربحرانی برای بررسیرفتار طولانی مدت سنگ تحت بارهای وارده و در نتیجه ارزیابی پایداری طولانی مدت سازههای زیرزمینی و سطحی در توده­های سنگ از اهمیت بالایی برخوردار است. رشد ترکزیر بحرانی یکی از اصلی ترین دلایل رفتارهای وابسته به زمان در سنگ­ها بوده که عمدتاً به ترکناشی از خوردگی تنشی نسبت داده می شود. خوردگی تنشی، واکنش شیمیایی بین سیلیسموجود   در ناحیه نوک ترک تحت تنش و آب است. بااین حال، رشد ترک زیر بحرانی نیز تحت تأثیر عوامل محیطی قرار دارد. تحقیقات قابلتوجهی برای تعیین پارامترهای رشد ترک زیر بحرانی در حالت مد I انجام شده است، اما مطالعاتصورت گرفته در مورد پارامترهای رشد ترک زیر بحرانی در حالت مد II   بارگذاریمحدود می­باشد، هر چند که این مدبارگذاری، در بسیاری از مسائل مهندسی سنگ دارای کاربردهای مهمی می باشد. به عنوانمثال، برای پایداری وابسته به زمان حفاری­های زیرزمینی و سطحی در سنگ،رشد وابسته به زمان شکستگی­های برشی اغلب مهم­تر از رشد ترک­های کششی است. هدفاز این مطالعه درک اثر حرارتی به عنوان یکی از مهمترین عوامل محیطی بر رفتار شکست سنگهورنفلس است که به ترتیب در دمای 25 درجه سانتیگراد (بدون عملیات حرارتی)، 250 ،500   و 750 درجه سانتی گراد حرارت داده شده­اند.در این مطالعه به منظور تعیین پارامتر­های رشد ترک زیربحرانی از آزمایش نرخ تنش ثابت وهمچنین از یکی از انواع آزمایش مکانیک شکست موجود برای بارگذاری مد II   (آزمایشخمش چهارنقطه) استفاده شده­است. آزمایشات در سه نرخ جابجایی ثابت 06/0 میلی­متر بردقیقه، 6/0 میلی­متر بر دقیقه و 6 میلی­متر بر دقیقه و در هر حالت سه آزمایش برایکنترل تکرارپذیری انجام شد. بر اساس نتایج، چقرمگی شکست نمونه های هورنفلس باافزایش دما تا 250 درجه سانتی­گراد، افزایش و سپس با افزایش دمای عملیات حرارتیکاهش یافت. با افزایش دمای عملیات حرارتی از 250 درجه سانتی گراد، به دلیل خرابی حرارتیساختار کریستالی کوارتز و ایجاد شکستگی های بین دانه ای وسیع تر، چقرمگی   به شدت کاهش یافت. با افزایش دما اندازه دانه وبازشدگی متوسط ترک ابتدا کاهش و سپس افزایش یافت در حالی که اعوجاج روندی عکس نسبتاندازه دانه و بازشدگی متوسط را دارا می باشد. در این مطالعه سرعت رشد ترکزیربحرانی با استفاده از پارامتر­های رشد ترک زیربحرانی و ضریب شدت تنش در مد II بارگذاری محاسبه گردید. نتایج حاصل از آزمایش نشان داد که برای مقدارمعین ضریب شدت تنش KII، بیشترین سرعت ترک زیربحرانی برای دمای 750 درجه سانتی­گراد   (10+1×87/7-10-7×63/4 متر بر ثانیه)  و کمترین سرعت ترک زیربحرانی برای دمای 250 درجه سانتی­گراد (10-4×80/6-10-10×2 متر بر ثانیه)  رخ می دهد.

تحت نظارت وف ایرانی