شماره ركورد
34535
پديد آورنده
زهرا شيرازي تيراني
عنوان
شكست ترد در نمونه¬هاي سنگي رينگي شكل تحت بارگذاري مركب I/II
مقطع تحصيلي
كارشناسي ارشد
رشته تحصيلي
مهندسي مكانيك
سال تحصيل
1402
تاريخ دفاع
1404/11/14
استاد راهنما
مجيدرضا آيتاللهي
استاد مشاور
-
دانشكده
مكانيك
چكيده
مرور پژوهشهاي پيشين نشان ميدهد كه اكثر مطالعههاي گذشته بر روي نمونههاي سنگي تحت بارگذاري فشاري متمركز بوده و به صورت محدود بررسيهايي بر روي نمونههاي سنگي رينگي شكل تحت بارگذاري كششي انجام شده است. از طرفي ديگر كاربرد معيارهاي كرنش پايه براي تحليل روند شكست اين نمونهها، تاكنون بررسي نشده است. معيارهاي كرنش پايه برخلاف معيارهاي تنش پايه به خواص ماده وابسته بوده و از اين رو استفاده از آنها ميتواند تحليل دقيقتر و كاربرديتري در طراحي سازههاي سنگي فراهم آورد. در اين پژوهش، رفتار شكست نمونههاي سنگي رينگي شكل با بهرهگيري از معيارهاي كرنش پايه مورد مطالعه قرار گرفت تا چقرمگي شكست و روند گسترش ترك در شرايط بارگذاري مختلف بررسي شود. نمونهها با زواياي ترك متفاوت در بارگذاريهاي مود I خالص، مود مركب I/II و مود II خالص مورد آزمايش قرار گرفتند و براي تعيين مؤلفههاي شكست از روش اجزاي محدود استفاده شد. همچنين لازم به ذكر است كه عملكرد دو معيار حداكثر كرنش محيطي (MTSN) و حداكثر كرنش محيطي تعميميافته (GMTSN) در پيشبيني رفتار شكست مورد ارزيابي قرار گرفت.
نتايج نشان داد كه معيار GMTSN نسبت به MTSN تطابق بهتري با دادههاي تجربي به ويژه در شرايط بارگذاري مركب و در حالت بارگذاري مود II خالص دارد. اين بهبود عملكرد به طور عمده ناشي از لحاظ شدن مولفه تنشT در فرمولبندي GMTSN است كه دقت پيشبينيها را افزايش و خطاي تحليلي را كاهش ميدهد. همچنين تحليل اثر هندسه نمونه نشان داد كه در نمونههاي با شعاع داخلي كوچكتر، اختلاف بين پيشبيني دو معيار آشكارتر است، در حاليكه در نمونههاي با شعاع داخلي بزرگتر، عملكرد هر دو معيار به صوت تقريبي مشابه و قابل قبول است. علاوه بر اين، مؤلفه تنش T بر زاويه آغاز رشد ترك نيز تاثيرگذار است؛ افزايش مقدار قدرمطلق اين تنش موجب افزايش زاويه ترك و كاهش آن باعث كاهش زاويه مذكور ميشود. به طور كلي، يافتههاي اين پژوهش نشان ميدهد كه در مسائلي كه نقش مؤلفه تنش T برجسته است، معيارGMTSN قادر است پيشبينيهاي دقيقتر و تحليلهاي قابلاعتمادتري نسبت به معيار MTSN ارائه دهد و ميتواند به عنوان ابزاري كارآمد در طراحي و تحليل سازههاي سنگي مورد استفاده قرار گيرد.
تاريخ ورود اطلاعات
1404/11/21
عنوان به انگليسي
Brittle fracture of ring shaped rock specimens under mixed mode I/II loading
تاريخ بهره برداري
2/3/2027 12:00:00 AM
دانشجوي وارد كننده اطلاعات
زهرا شيرازي تيراني
چكيده به لاتين
Rock fracturing plays a decisive role in many branches of engineering, including mining, tunnelling, dam construction and the exploitation of oil and gas reservoirs. Understanding its mechanism is essential for designing safe and optimal structures. A review of previous research shows that most past studies have focused on rock specimens under compressive loading and that only a limited number of investigations have been conducted on ring-shaped rock specimens under tensile loading. Furthermore, the application of strain-based criteria to analyse the failure process of these specimens has yet to be investigated. Unlike stress-based criteria, strain-based criteria depend on material properties and produce different results for different Poissonʹs ratio values. Therefore, they can provide a more accurate and practical analysis when designing rock structures.
This study investigated the failure behaviour of ring-shaped rock specimens using base strain criteria to examine fracture toughness and crack propagation trends under different loading conditions. The specimens were tested at different crack angles under pure Mode I, mixed Mode I/II and pure Mode II loading, and the finite element method was employed to determine fracture parameters.
The performance of two criteria, Maximum Tangential Strain (MTSN) and Generalised Maximum Tangential Strain (GMTSN), in predicting fracture behaviour was investigated. The results showed that the GMTSN criterion agreed better with the experimental data than the MTSN criterion, particularly under composite loading conditions and in pure Mode II loading. This improvement in performance is mainly due to the GMTSN formulation considering the T-stress component, which increases the accuracy of predictions and reduces analytical error. Furthermore, analysing the effect of specimen geometry showed that, for specimens with a smaller inner radius, the difference between the predictions of the two criteria is more pronounced, whereas in specimens with a larger inner radius, the performance of both criteria is approximately similar and acceptable. Furthermore, the T-stress component also influences the crack initiation angle; an increase in the magnitude of this stress leads to an increase in the crack angle, while its decrease leads to a decrease in the same angle. Overall, the findings of this research indicate that in cases where the role of the T-stress component is prominent, the GMTSN base strain criterion can provide more accurate predictions and more reliable analyses than the MTSN criterion and can be used as an effective tool in the design and analysis of rock structures.
كليدواژه هاي فارسي
شكست سنگ , نمونه رينگيشكل , بارگذاري مركبI/II , مؤلفه تنش T
كليدواژه هاي لاتين
Rock fracture , Ring-shaped specimen , mixed mode I/II loading , T-stress
Author
Zahra Shirazitirani
SuperVisor
Majid Reza Ayatollahi