Skip to main content
SUPERVISOR
Alireza Baghbanan,Hamid Hashemalhosseini
علیرضا باغبانان (استاد راهنما) حمید هاشم الحسینی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Seyed mosleh Eftekhari
سیدمصلح افتخاری

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده معدن
DEGREE
Doctor of Philosophy (PhD)
YEAR
1390
Rock fracture mechanics approach becomes more applicable in different field of rock engineering works. Therefore study about crack initiation and propagation in fractured rocks under different loading conditions are necessary. Different numerical simulation methods have been proposed in the literature. Although Finite Element Method (FEM) is mostly used for crack modeling in different materials, the necessity of progressive mesh refinements around the crack tip and also the requirement of re-meshing after each crack growth step, demand large computational sources. In order to overcome the abovementioned shortcomings, the Extended Finite Element Method (XFEM) was developed. The main objective of this research work is the extensive application of XFEM for problem solving discontinuous rock media under different stress loading conditions. An object oriented code based on XFEM formulation has been developed using C ++ programming language and validated with different analytical and numerical bench mark tests in the literature. Also crack propagation in Semi-Circular Bend (SCB) specimen, Cracked Brazilian Disc (CBD) and Hollow Centre Crack Disc (HCCD) have been simulated with different crack lengths and angles. The obtained results with XFEM are in good agreement with the reported results in the literature. Since most failures in rock occur under compression condition and in such condition and even after the angle of occurrence of pure mode II, the stress intensity factor of mode I becomes negative, therefore the Maximum Tangential Stress (MTS) criterion is not applicable. The Improved MTS (IMTS) criterion has been developed, validated and employed in a cracked specimen under uniaxial compression, SCB and CBD specimens. Furthermore, in order to assess the IMTS criterion for determining the direction of crack propagation after the angle of occurrence of pure mode II, the laboratory experimental study on the CBD at different angles has been conducted. The numerical results with IMTS criterion show that the crack propagation paths are in good agreement with the experimental results and the developed improved stress-based criterion in this study could be effectively used in modeling crack initiation and propagation under both tension and compression loading conditions.
دیدگاه مکانیک شکست در سنگ را می‌توان تحولی در شاخه مکانیک سنگ دانست چرا که در مکانیک شکست به تمرکز تنش در نوک ترک نگاهی ویژه شده و آن را منشأ گسیختگی‌ها می‌دانند. از یک طرف گستردگی کاربرد مکانیک شکست در محیط سنگی و از طرف دیگر توانمندی و کارایی روش المان محدود توسعه‌یافته در حل مسائل دارای ناپیوستگی، انگیزه طرح رساله حاضر شده است. بنابراین با استفاده از روش المان محدود توسعه‌یافته به عنوان رویکردی نوین به مدل‌سازی مکانیک شکست سنگ‌های ترد پرداخته می‌شود. به همین منظور، یک برنامه کامپیوتری در چارچوب روش المان محدود توسعه‌یافته با بهره‌گیری از زبان برنامه نویسی C ++ توسعه داده شده است که پس از توسعه، ابتدا به اعتبارسنجی آن با استفاده از مثال‌های تحلیلی و عددی موجود پرداخته شده است. نمونه‌های آزمایشگاهی نیم دیسک ترکدار تحت خمش سه نقطه‌ای، دیسک برزیلی ترکدار و دیسک ترکدار با سوراخ مرکزی در حالت های مختلف ترک و مودهای مختلف شبیه سازی می شوند. نتایج نشان‌دهنده تطابق بسیار خوب آن‌ها با نتایج ارائه شده در مطالعات گذشته است. از آنجا که در اکثر کاربردهای محیط سنگی، شرایط بارگذاری فشاری غالب است و در چنین شرایطی و حتی حالت‌های بعد از زاویه مود خالص دو، مقدار ضریب شدت تنش مود یک، منفی می‌شود و معیار تنش مماسی حداکثر، قابل کاربرد نمی‌باشد؛ در این راستا معیار تنش مماسی حداکثر، اصلاح شده است. پس از ارزیابی این معیار در چند مثال، به شبیه‌سازی نمونه ترک‌دار تحت فشار تک محوره و همچنین نمونه نیم دیسک ترکدار تحت خمش سه نقطه‌ای و نمونه دیسک برزیلی ترکدار پرداخته شده است. همچنین، به منظور ارزیابی معیار تنش مماسی حداکثر اصلاح‌شده در تعیین مسیر گسترش ترک در زوایای بعد از مود خالص دو، مطالعه آزمایشگاهی بر روی نمونه دیسک برزیلی ترکدار در زوایای مختلف صورت پذیرفته است. نتایج معیار توسعه داده شده نشان می‌دهد که تطبیق بسیار خوبی با نتایج آزمایشگاهی دارد و می‌تواند در نمونه‌های مختلف و تحت شرایط بارگذاری مختلف از کششی تا فشاری مورد استفاده قرار گیرد.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی