Skip to main content
SUPERVISOR
Alireza Baghbanan,Hamid Hashemalhosseini,Masoud Cheraghi
علیرضا باغبانان (استاد راهنما) حمید هاشم الحسینی (استاد راهنما) مسعود چراغی سیف آباد (استاد مشاور)
 
STUDENT
Hassan Ahmadian
حسن احمدیان

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده معدن
DEGREE
Doctor of Philosophy (PhD)
YEAR
1392

TITLE

Investigation of Dynamic Behavior of Brittle rocks and Developing of fracture model of them Using Split Hopkinson Pressure Bar (SHPB) device
The loading, deformation, and fracture of rock during a short time include a wide range of engineering issues in earthquakes, blasting, explosion, and propagation of projectiles, which requires rock dynamics studies. The loading rate influences the rock mechanical properties and fracture mechanisms. Therefore, it is necessary to carefully examine the rock mechanical and fracture parameters, such as compressive strength, modulus of deformability, fracture toughness, crack propagation speed, and so on with varying loading rates. On the other hand, due to the role of intrinsic factors and environmental factors affecting rock mechanical behavior and fracture, it is important to explain the intensity and weakness of each individual factor by changing the loading conditions from quasi-static to dynamic status. A literature review indicates that these two issues have received little attention previously. In the first part of this essay, therefore, the microstructures affecting the mechanical behavior of the rock, including the inherent micro-cracks and dimensions of the crystals (grain), were identified in two marbles with the same crystal type. The marbles subsequently loaded compressive loading as unconfined and confined is in the quasi-static and dynamic states. Rock mechanical properties (compressive strength and elastic modulus) depend on the strain rate and the role of inherent factors (graining dimensions and microcracks) was shown to reduce this dependence. An achievement in the first study was an inverse relationship between the amount of intrinsic rock microstructures and their compressive strength in quasi-static and dynamic loadings as well as reducing the effect of microstructures on rock compression behavior in dynamic loading compared to quasi-static loading. Subsequently, an increase in the final rock strength by increasing the loading stress in dynamic loading was compared to the quasi-static loading with respect to the microstructural differences of the two specimens. Also, the increases in the cohesion and external friction angle in the dynamic loading were compared to those of quasi-static loading using the Mohr–Coulomb criterion. In the second part of the thesis, the fracture parameters including breaking toughness, crack expansion speed, and loading rate were measured by preparing sufficient HCCD samples with central holes, as well as by designing and manufacturing an electronic circuit for monitoring the cracking rate in the quasi-static and dynamic loadings. In addition, direct relationships were determined between fracture toughness and loading rate, and between fracture toughness and crack propagation speed. The fracture force and impact pressure, crack propagation speed, dynamic fracture toughness, crack propagation speed, and loading rate were measured during each experiment. Further investigation included the relationships between such parameters as variation of the fracture force and the impact of releasing pressure bar, changes in the crack propagation speed, dynamic loading fracture, and loading rates. The results showed that the marble fracture toughness was independently associated with microstructure parameters such as grain size, fractal dimension of microcracks and fracture parameters such as crack propagation velocity and loading rate in both loading conditions. Therefore, a multivariate regression model was developed based on the microstructure parameters and fracture parameters in dynamic and quasi-static loadings. Multivariate regression model based on the fracture mechanism in marbles with same crystal type and different microstructures based on the interrelationship of fracture properties and microstructures parameters in the two quasi-static loading and dynamic loading ranges was obtained with significant level of fitness and regression coefficient of 0.99% correlation.
بارگذاری ، تغییر شکل و گسیختگی سنگ در زمان کوتاه گستره وسیعی از مسائل مهندسی در زمین لرزه، آتشباری، انفجار و نفوذ پرتابه ها را شامل می شود که مطالعات دینامیک سنگ را ضروری نموده است از آنجا که خواص مکانیکی و رفتار شکست سنگ ها تحت تاثیر نرخ بارگذاری می باشد، بنابراین می بایست پارامترهای مکانیکی و پارامترهای شکست سنگ نظیر مقاومت فشاری، مدول تغییر شکل پذیری ،چقرمگی شکست و سرعت گسترش شکست و... با تغییر نرخ بارگذاری با دقت مورد مطالعه قرار گیرد. از طرف دیگر با توجه به نقش عوامل ذاتی و عوامل محیطی موثر بر رفتار مکانیکی و شکست سنگ، تبیین شدت و ضعف هریک از این عوامل با تغییر شرایط بارگذاری از حالت شبه استاتیکی به دینامیکی نیز دارای اهمیت خواهد بود. بررسی این دو موضوع در مطالعات پیشین کمتر مورد توجه قرار گرقته است. بنابراین در بخش اول این رساله، ریزساختارهای موثر در رفتار مکانیکی سنگ از جمله میکرو ترک های ذاتی و ابعاد بلور ها(دانه) در دو مرمرمیت با نوع بلور یکسان مورد شناسایی قرار گرفت و در ادامه مرمریت ها به صورت غیر محصور و محصور تحت بارگذاری تراکمی در حالت شبه استاتیکی و دینامیکی قرار گرفتند. وابسته بودن خصوصیات مکانیکی سنگ (مقاومت فشاری و مدول الاستیک ) به نرخ کرنش و نقش عوامل ذاتی (ابعاد دانه بندی و میکرو ترک ها) در کاهش این وابستگی مشخص گردید . وجود رابطه معکوس بین میزان میکروترک ها ذاتی سنگ و مقاومت تراکمی آنها در بارگذاری شبه استاتیکی و دینامیکی و کاهش تاثیر ریزساختارها در رفتار تراکمی سنگ در بارگذاری دینامیکی نسبت به بارگذاری شبه استاتیکی از دستاوردهای مشهود بررسی اول می باشد . در ادامه میزان افزایش مقاومت نهایی سنگ با افزایش تنش محصور کننده در بارگذاری دینامیکی نسبت به بارگذاری شبه استاتیکی با لحاظ تفاوت میکروساختاری دو نمونه مقایسه شد و و با به کار بردن معیار مور-کلمب میزان افزایش چسبندگی و زاویه اصطکاک خارجی در بارگذاری دینامیکی نسبت به بارگذاری شبه استاتیکی مورد بررسی قرار گرفت. در بخش دوم رساله، با طراحی و ساخت مدار الکترونیکی پایش سرعت ترک ، ، پارامترهای شکست شامل نیروی شکست، چقرمگی شکست، سرعت گسترش ترک، بازشدگی نوک ترک، فشار رهاسازی میله و نرخ بارگذاری در بارگذاری شبه استاتیکی و دینامیکی اندازه گیری و ارتباط مستقیم مابین چقرمگی شکست و نرخ بارگذاری ، بازشدگی نوک ترک و نرخ بارگذاری و چقرمگی شکست و سرعت گسترش ترک مشخص گردید. .نتایج نشان داد چقرمگی شکست مرمریت ها به طور مستقل با پارامترهایی میکروساختاری مانند ابعاد دانه بندی (D)، بعدفراکتال میکروترک (F )، ضریب بی بعد طول میکرو ترک به قطر دانه ها (L/D) و پارامترهای شکست نظیر سرعت گسترش در هر دو شرایط بارگذاری مرتبط می باشد، بنابراین مدل رگرسیونی چندمتغیره براساس پارامترهای شکست سنگ و پارامترهای میکروساختاری، در بارگذاری دینامیکی و شبه استاتیکی توسعه یافت. تولید و توسعه مدلی براساس مکانیزم شکست در مرمریت هایی با نوع بلور یکسان و میکروساختار متفاوت بر مبنای ارتباط پارامترهای شکست با یکدیگر در دو محدوده بارگذاری دینامیکی و شبه استاتیکی انجام و سطح معناداری مطلوب و ضریب رگرسیونی با تطابق 0.99 درصدی حاصل شد.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی