بررسی اثر ابعاد هندسی قطعه، بر روی چقرمگی شکست سنگ مرمر هرسین

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 1-      آزمایشگاه خستگی و شکست دانشکده مکانیک دانشگاه علم و صنعت ایران

2 آزمایشگاه خستگی و شکست دانشکده مکانیک دانشگاه علم و صنعت ایران

چکیده

برای تعیین چقرمگی شکست یک ماده سنگی نیاز به یک قطعه استاندارد با ابعاد هندسی مشخص است. اگر ابعاد هندسی قطعه از مقادیر مشخصی کمتر باشد، چقرمگی شکست محاسبه شده از دقت لازم برخوردار نمی‌باشد. به منظور محاسبه صحیح چقرمگی شکست مواد سنگی معیارهای مختلفی برای تعیین حداقل ابعاد هندسی قطعه ارائه شده است. در این تحقیق، با انجام آزمایش روی قطعه نیم دیسک با ترک لبه‌ای که تحت خمش سه نقطه‌ای قرار دارد، معیارهای ارائه شده برای حداقل طول ترک و ضخامتمورد نیاز برای تعیین چقرمگی شکست، مورد بررسی قرار می‌گیرد. قطعات تهیه شده، از جنس سنگ مرمر هرسین است. نتایج آزمایش‌های شکست انجام شده بر روی این سنگ نشان می‌دهد که معیارهای ارائه شده جامعیت لازم را برای تخمین این دو پارامتر در ماده سنگی آزمایش شده نداشته و لذا در این مقاله با در نظر گرفتن ضرایب تصحیح برای روابط مربوط به محاسبه حداقل طول ترک و ضخامت قطعه، معیارهای مربوطه به نحوی اصلاح می‌شوند که بتوانند نتایج حاصل از آزمایش شکست انجام شده بر روی سنگ مرمر هرسین را پیش‌بینی نماید.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Effect of specimen dimensions on fracture toughness of Harsin marble rock

نویسندگان [English]

  • Majid Reza Ayatollahi 1
  • Hamed Saghafi 1
  • Mohammad Reza Mohammad Aliha 2
1 Fatigue and Fracture Lab., Department of Mechanical Engineering, Iran University of Science and Technology, Narmak, 16846 Tehran, Iran
2 Fatigue and Fracture Lab., Department of Mechanical Engineering, Iran University of Science and Technology, Narmak, 16846 Tehran, Iran
چکیده [English]

The determination of fracture toughness of a rock material requires a standard specimen with specific geometry dimensions. If the dimensions of specimen are lower than special values, the obtained fracture toughness may not be accurate. In order to attain the fracture toughness of rock materials correctly, several criteria have been proposed for the required minimum dimensions. In this study, some tests were conducted on the semi-circular specimen containing an edge crack and subjected to three-point-bend loading (SCB specimen) and the suggested criteria for the required minimum crack length and thickness were assessed. The specimens were made of Harsin marble rock. The results obtained from the fracture tests showed that these criteria are not comprehensive and are not consistent with the experimental results. Therefore, by using the necessary correction factors in equations related to the minimum crack length and thickness, these equations were revised such that they can estimate the experimentally observed results for the Harsin rock.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Rock materials
  • Fracture toughness
  • SCB specimen
  • Crack length

آیت­اللهی مجیدرضا، محمدرضا محمدعلیها، سعید خادمی، " تعیین استحکام کششی مواد سنگی به کمک قطعات دایره­ای شکل"، پانزدهمین کنفرانس سالانه(بین المللی) مهندسی مکانیک ISME2007، 1386.

فاروق حسینی محمد، "درآمدی بر مکانیک سنگ"، انتشارات نشر کتاب دانشگاهی، تهران، ایران، 1378، صفحه 16

Barton C. C.,”Variables in fracture energy and toughness of Rock”, Proc. 24rd Us Symp. on Rock Mech., The Univ. of California, Berkeley, California, R.E. Goodman & F.E. Heuze (Eds.), 1983, pp. 449-462.

Chong K. P., Kuruppu M. D., Kuszmaul J. S.,” Fracture toughness determination of layered materials”, Engng Fract. Mech. 28, 1987, pp. 43-54.

Chong K. P. and Kuruppu M. D., ”New specimen for fracture toughness determination for rock and other Materials ”, International Journal of Fracture, 26, 1984, pp. 59-62.

Fowell R. J., Chen J. F.,” The third chevron-notch rock fracture specimen-the cracked chevron-notched Brazilian disk”, Proc. 31st U.S. Syrup. On Rock Mechanics, 1990, pp. 295-302.

Ingraffea A. R., Schmidt R. A.,” Experimental verification of a fracture mechanics model for tensile strength prediction of Indiana limestone. Proc. 19th U.S. Svmp. on Rock Mechanics, 1979, pp. 247-253.

Khan K., Al-Shayea N. A.,” Effect of specimen geometry and testing method on mixed I-II   fracture toughness of a limestone rock from Saudi Arabia ”. Rock Mech. and Rock Eng., 33, 2000, pp.179–206.

Lim I. L., JohnstonI. W., Choi S. K., Boland J. N., ”Fracture testing of a soft rock with semi-circular specimens under three-point bending. Part 1 – mode I ”, Int. J. Rock Mech. Min. Sci. Geomech. Abstr., 31, 1994, pp.199-212.

Schmidt R. A.,” Fracture-toughness testing of limestone”, Exp. Mech. 16, 1976, pp. 161-167.

Schmidt R. A., Lutz T. J.,” KIC and JIC of Westerly granite-effects of thickness and in-plane dimensions”, ASTM STP 678, 1979, pp. 166-182.

Singh R. N. and Sun G. X.,” An investigation into factors affecting fracture toughness of coal measures sandstone”, J. Mines, Metals & Fuels, 1990, pp. 111-118.

Soo-Ho Chang, Chung-In Lee, Seokwon Jeon.,” Measurement of rock fracture toughness under modes I and II and mixed-mode conditions by using disc-type specimens ”, Engineering Geology,66, 2002, pp.79–97.

Sun Z., Ouchterlony F.,” Fracture toughness of Stripa granite cores”, Int. J. Rock Mech. Min. Sci. & Geomech. Abstr., 23, 1986, pp. 399-409.

Sun G., Singh R.N.,” A numerical and experimental investigation for determining fracture toughness of Welsh limestone ”, Int. J. Rock Mech. Min. Sci. Geomech. Abstr., 31, 1994, pp. 199-212.

Whittaker B. N., Singh R. N., Sun G. ”Rock Fracture Mechanics, Principles, Design and Applications”, Developments in Geotechnical Engineering, 71. Elsevier, Amsterdam, 1992.

Williams M. L.,” On the stress distribution at the base of a stationary crack”, Journal of Applied Mechanics, 24, 1957, pp. 109-114.