تخمین مسیر رشد ترک در مواد سنگی تحت اثر بارگذاری مرکب I/II
چکیده
تخمین مسیر رشد ترک در توده‌های سنگی، یکی از موضوعات مهم در بسیاری از پروژه‌های معدنی و عمرانی همانند شکست هیدرولیکی، حفاری معادن، ساختن تونل و غیره می‌باشد. تخمین مسیر رشد ترک عموماً از دو منظر مورد توجه قرار می‌گیرد: اولاً تخمین مسیر رشد ترک برای جلوگیری از پیشروی آن، و ثانیاً کنترل رشد ترک در راستای مطلوب برای سهولت در شکست توده‌های سنگی. برای این منظور، باید روشی مناسب جهت تخمین هرچه دقیق‌تر مسیر رشد ترک ارائه نمود. هدف از این مقاله، بیان روشی ساده ولی با دقت مناسب برای تخمین مسیر رشد ترک در قطعات سنگی ترک‌دار تحت بارگذاری مرکب می‌باشد. روش پیشنهادی، یک روش گام به گام است که در هر مرحله زاویه‌ی شروع شکست بر مبنای معیار بیشینه تنش محیطی با در نظر گرفتن اثرات جملات مرتبه بالاتر، محاسبه می‌شود. در انتها، روش پیشنهادی توسط نتایج آزمایشگاهی که در مقالات قبلی گزارش شده است، ارزیابی می‌گردد تا صحت و دقت آن بررسی شود. نتایج بررسی‌ها نشان می‌دهد که چنانچه از سه جمله‌ی بسط سری ویلیامز برای محاسبه‌ی زاویه شروع شکست در هر مرحله استفاده شود، روش پیشنهادی می‌تواند با دقت خوبی مسیر رشد ترک قطعات سنگی را پیش‌بینی کند.مراجع
Al-Shayea, N.A. (2005). Crack propagation trajectories for rocks under mixed mode I-II fracture. Engineering Geology, 81: 84-97.
Ayatollahi, M.R. & Aliha, M.R.M. (2008). On the use of Brazilian disc specimen for calculating mixed mode I-II fracture toughness of rock materials. Engineering Fracture Mechanics, 75: 4631-4641.
Ayatollahi, M.R., Hosseinpour, G.R. & Aliha M.R.M. (2010). Using a new tensile-shear cracked specimen for investigating fracture behavior of rock materials. Proceedings of ICEM2010 conference, Malaysia.
Bazant, Z.P. (1982). Crack Band Model for Fracture of Geomaterials. in: Z. Eisenstein (Ed.) 4th International Conference of Numerical Methods in Geomechanics, Edmonton, Alberta, p:1137-1152.
Erdogan, F. & G.C. Sih (1963). On the Crack Extension in Plates Under Plane Loading and Transverse Shear. Journal of Fluids Engineering, 85: 519-525.
Sih, G.C. (1974). Strain-energy-density factor applied to mixed mode crack problems. International Journal of Fracture, 10: 305-321.
Hussain, M.A, Pu, S.L & Underwood, J. (1974). Strain energy release rate for a crack under combined mode I and mode II. Fracture Analysis, ASTM STP 560: 2–28.
Lin, Q., Fakhimi, A., Haggerty, M. & Labuz, J.F.(2009). Initiation of tensile and mixed-mode fracture in sandstone. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, 46: 489-497.
Jian-An, H. & Sijing, W. (1985). An experimental investigation concerning the comprehensive fracture toughness of some brittle rocks. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences & Geomechanics Abstracts, 22: 99-104.
Song, L., Huang, S.M., & Yang, S.C. (2004). Experimental investigation on criterion of three-dimensional mixed-mode fracture for concrete. Cement and Concrete Research, 34: 913-916.
Xu, Y., & Yuan, H. (2011). Applications of normal stress dominated cohesive zone models for mixed-mode crack simulation based on extended finite element methods, Engineering Fracture Mechanics, 78: 544-558.
Lens, N.L., Bittencourt, E., & d’Avila, V.M.R. (2009). Constitutive models for cohesive zones in mixed-mode fracture of plain concrete, Engineering Fracture Mechanics, 76: 2281-2297.
Aliha, M.R.M., Ayatollahi, M.R., Smith, D.J. & Pavier, M.J. (2010). Geometry and size effects on fracture trajectory in a limestone rock under mixed mode loading,engineering fracture mechanics, 77:2200-2212.
Aliha, M.R.M. & Rezaei, M. (2011). Experimental and theoretical study of fracture paths in brittle cracked materials subjected to pure mode II loading, Applied Mechanics and Materials, 710:159-164.
Xeidakis, G.S., et al. (1997). Trajectories of unstably growing cracks in mixed mode I–II loading of marble beams. Rock Mechanics and Rock Engineering, 30: 19-33.
Bazant, Z.P., & Pfeiffer, P.A. (1986). Shear fracture tests of concrete. Materials and Structures, 19: 111-21.
Williams, M. L. (1956). On the Stress Distribution at the Base of a Stationary Crack. Journal of Applied Mechanics, 24: 109-114.
Smith, D. J., Ayatollahi, M. R., & Pavier, M. J. (2001). The role of T-stress in brittle fracture for linear elastic materials under mixed mode loading, Fatigue & Fracture of Engineering Materials & Structures, 24: 137-150.
Ayatollahi, M.R. & Sistaninia, M. (2011). Mode II fracture study of rocks using Brazilian disk specimens. International Journal of Rock Mechanics & Mining Sciences, 48: 819-826.
Akbardoost, J., Ayatollahi, M.R., Aliha, M.R.M., Pavier, M.J. & Smith, D.J. (2014). Size-dependent fracture behavior of Guiting limestone under mixed mode loading. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, 71: 369-380
Ayatollahi, M.R., & Akbardoost, J. (2012). Size effects on fracture toughness of quasi-brittle materials –A new approach. Engineering fracture mechanic, 92: 89-100.
Ayatollahi, M.R. & Nejati, M. (2011). An over-deterministic method for calculation of coefficients of crack tip asymptotic field from finite element analysis, Fatigue & Fracture of Engineering Materials & Structures, 34: 159-176.
Akbardoost, J. & Ayatollahi, M.R. (2014). Experimental analysis of mixed mode crack propagation in brittle rocks: the effect of non-singular terms, Engineering Fracture Mechanics, 129: 77-89.
Duan, K., Hu, X. & Wittmann, F.H. (2007). Size effect on specific fracture energy of concrete. Engineering Fracture Mechanics, 74:87-96.
Rao, Q., Sun, Z., Stephansson, O., Li, C. & Stillborg, B. (2003). Shear fracture (Mode II) of brittle rock. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences. 40:355-375.
Backers, T., Stephansson, O. & Rybacki, E. (2002). Rock fracture toughness testing in Mode II—punch-through shear test. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences. 39:755-69.
صاحب امتیاز
