نشریه علمی-پژوهشی مکانیک سنگ

نشریه علمی-پژوهشی مکانیک سنگ

بررسی رفتار شکست مود II خالص قطعات سنگی دارای شیار U شکل با استفاده از یک قطعه ی مستطیلی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
گروه مهندسی مکانیک، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه خوارزمی، تهران، ایران
چکیده
شکاف‌ها که به عنوان یک افزایش دهنده تنش عمل می‌کنند، جزو ذات اصلی توده های سنگی هستند و وجود این ناپیوستگی‌های هندسی باعث کاهش شدید بارپذیری سنگ‌ها می‌گردد. برخی از این شکاف‌ها که به صورت طبیعی و یا مصنوعی در توده‌های سنگی ایجاد می‌شوند، را می‌توان به صورت شیار U شکل در نظر گرفت. وجود شیار U شکل نیز با تمرکز تنش همراه است که این امر شکست توده‌های سنگی را تحت الشعاع قرار می‌دهد. بنابراین بررسی شکست توده‌های سنگی دارای شیار U شکل یکی از موضوعات مهم در حوزه مکانیک سنگ می‌باشد. در این مقاله، شکست مواد سنگی دارای شیار U شکل، تحت بارگذاری مود II خالص بررسی می‌شود. برای این منظور، ابتدائاً، قطعات مستطیلی دارای شیار U شکل از جنس مرمریت هرسین تهیه گردیدند و تحت خمش چهار نقطه‌ای پادمتقارن آزمایش شدند. با توجه به صفر شدن ضریب شدت تنش شیارِ مود I می‌توان گفت که شرایط مود II خالص در این قطعه ایجاد می-شود. سپس با استفاده از دو معیار تنش پایه که نسبتاً ساده هستند، سعی می‌گردد تا نتایج آزمایشگاهی تخمین زده شود. نتایج ارزیابی‌‌ها حاکی از آن است که معیارهای مذکور، می‌توانند در محدوده‌ی قابل قبول مهندسی شرایط شکست قطعات سنگی شیاردار را تخمین بزنند.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

1.             Motamedi, M., A. Torabi, and R. Hashemi, Does VIMC-FMC work well on highly ductile bimetal joints? An investigation on mixed mode I/II fracture of AA1050/Cu bimetal weakened by U-notches. Engineering Fracture Mechanics, 2024: p. 110246.
2.             Motamedi, M., A. Torabi, and R. Hashemi, Notch strength evaluation for highly ductile Al/Cu bi-metal fabricated by the roll-bonding technique under pure mode I and pure mode II loading conditions. Theoretical and Applied Fracture Mechanics, 2024. 131: p. 104435.
3.             Torabi, A. and M. Jafarinezhad, Comprehensive data for rapid calculation of notch stress intensity factors in U-notched Brazilian disc specimen under tensile-shear loading. Materials Science and Engineering: A, 2012. 541: p. 135-142.
4.             Torabi, A., Sudden fracture from U-notches in fine-grained isostatic graphite under mixed mode I/II loading. International Journal of Fracture, 2013. 181(2): p. 309-316.
5.             Livieri, P., Use of J-integral to predict static failures in sharp V-notches and rounded U-notches. Engineering fracture mechanics, 2008. 75(7): p. 1779-1793.
6.             Ayatollahi, M. and A. Torabi, A criterion for brittle fracture in U-notched components under mixed mode loading. Engineering Fracture Mechanics, 2009. 76(12): p. 1883-1896.
7.             Ayatollahi, M. and A. Torabi, Determination of mode II fracture toughness for U-shaped notches using Brazilian disc specimen. International Journal of Solids and Structures, 2010. 47(3-4): p. 454-465.
8.             Palaniswamy, K. and W. Knauss, Propagation of a crack under general, in-plane tension. International Journal of Fracture Mechanics, 1972. 8(1): p. 114-117.
9.             Ritchie, R.O., J.F. Knott, and J. Rice, On the relationship between critical tensile stress and fracture toughness in mild steel. Journal of the Mechanics and Physics of Solids, 1973. 21(6): p. 395-410.
10.          Ayatollahi, M. and M. Aliha, On the use of Brazilian disc specimen for calculating mixed mode I–II fracture toughness of rock materials. Engineering Fracture Mechanics, 2008. 75(16): p. 4631-4641.
11.          Ayatollahi, M. and M. Aliha, Cracked Brazilian disc specimen subjected to mode II deformation. Engineering fracture mechanics, 2005. 72(4): p. 493-503.
12.          Ghadirian, H., J. Akbardoost, and A. Zhaleh, Fracture analysis of rock specimens weakened by rounded-V and U-shaped notches under pure mode I loading. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, 2019. 123: p. 104103.
13.          Justo, J., J. Castro, and S. Cicero, Energy-based approach for fracture assessment of several rocks containing U-shaped notches through the application of the SED criterion. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, 2018. 110: p. 306-315.
14.          Justo, J., et al., Notch effect on the fracture of several rocks: Application of the Theory of Critical Distances. Theoretical and Applied Fracture Mechanics, 2017. 90: p. 251-258.
15.          Sangsefidi, M., J. Akbardoost, and M. Mesbah, Experimental and theoretical fracture assessment of rock-type U-notched specimens under mixed mode I/II loading. Engineering Fracture Mechanics, 2020. 230: p. 106990.
16.          Sangsefidi, M., J. Akbardoost, and A.R. Zhaleh, Assessment of mode I fracture of rock-type sharp V-notched samples considering the size effect. Theoretical and Applied Fracture Mechanics, 2021. 116: p. 103136.
17.          Arabnia, A., et al., Mixed Mode Fracture Investigation of Rock Specimens Containing Sharp V-Notches. Materials, 2022. 15(24): p. 8779.
18.          Torabi, A.R. and M.R. Jafarinezhad, Comprehensive data for rapid calculation of notch stress intensity factors in U-notched Brazilian disc specimen under tensile-shear loading. Materials Science and Engineering: A, 2012. 541: p. 135-142.
19.          Torabi, A.R., M. Fakoor, and E. Pirhadi, Fracture analysis of U-notched disc-type graphite specimens under mixed mode loading. International Journal of Solids and Structures, 2014. 51(6): p. 1287-1298.
20.          Ayatollahi, M. and A. Torabi, Experimental fracture study for a V-notched soda-lime glass specimen. Fourth International Conference on Experimental Mechanics. Vol. 7522. 2010: SPIE.
21.          Ayatollahi, M.R. and A.R. Torabi, Determination of mode II fracture toughness for U-shaped notches using Brazilian disc specimen. International Journal of Solids and Structures, 2010. 47(3): p. 454-465.
22.          Torabi, A.R., et al., Notch Fracture in Polymeric Specimens under Compressive Stresses: The Role of the Equivalent Material Concept in Estimating the Critical Stress of Polymers. Applied Sciences, 2021. 11(5): p. 2104.
23.          Erdogan, F. and G.C. Sih, On the crack extension in plates under plane loading and transverse shear. Journal of Basic Engineering, Transactions of ASME, 1963. 85: p. 519-525.
24.          Ayatollahi, M.R. and A.R. Torabi, A criterion for brittle fracture in U-notched components under mixed mode loading. Engineering Fracture Mechanics, 2009. 76(12): p. 1883-1896.
25.          Seweryn, A. and A. Łukaszewicz, Verification of brittle fracture criteria for elements with V-shaped notches. Engineering Fracture Mechanics, 2002. 69(13): p. 1487-1510.
26.          Ayatollahi, M.R. and A.R. Torabi, Brittle fracture in rounded-tip V-shaped notches. Materials & Design, 2010. 31(1): p. 60-67.
27.          Filippi, S., P. Lazzarin, and R. Tovo, Developments of some explicit formulas useful to describe elastic stress fields ahead of notches in plates. International Journal of Solids and Structures, 2002. 39(17): p. 4543-4565.
28.          Torabi, A.R., M. Fakoor, and E. Pirhadi, Tensile fracture in coarse-grained polycrystalline graphite weakened by a U-shaped notch. Engineering Fracture Mechanics, 2013. 111: p. 77-85.
29.          Ghadirian, H.R., J. Akbardoost, and A.R. Zhaleh, Fracture analysis of rock specimens weakened by rounded-V and U-shaped notches under pure mode I loading. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, 2019. 123: p. 104103.