Skip to main content
SUPERVISOR
Alireza Baghbanan,Hamid Hashemalhosseini,Masoud Cheraghi
عليرضا باغبانان (استاد راهنما) حميد هاشم الحسيني (استاد راهنما) مسعود چراغي سيف آباد (استاد مشاور)
 
STUDENT
Hassan Ahmadian
حسن احمديان

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.
بارگذاري ، تغيير شکل و گسيختگي سنگ در زمان کوتاه گستره وسيعي از مسائل مهندسي در زمين لرزه، آتشباري، انفجار و نفوذ پرتابه ها را شامل مي شود که مطالعات ديناميک سنگ را ضروري نموده است از آنجا که خواص مکانيکي و رفتار شکست سنگ ها تحت تاثير نرخ بارگذاري مي باشد، بنابراين مي بايست پارامترهاي مکانيکي و پارامترهاي شکست سنگ نظير مقاومت فشاري، مدول تغيير شکل پذيري ،چقرمگي شکست و سرعت گسترش شکست و... با تغيير نرخ بارگذاري با دقت مورد مطالعه قرار گيرد. از طرف ديگر با توجه به نقش عوامل ذاتي و عوامل محيطي موثر بر رفتار مکانيکي و شکست سنگ، تبيين شدت و ضعف هريک از اين عوامل با تغيير شرايط بارگذاري از حالت شبه استاتيکي به ديناميکي نيز داراي اهميت خواهد بود. بررسي اين دو موضوع در مطالعات پيشين کمتر مورد توجه قرار گرقته است. بنابراين در بخش اول اين رساله، ريزساختارهاي موثر در رفتار مکانيکي سنگ از جمله ميکرو ترک هاي ذاتي و ابعاد بلور ها(دانه) در دو مرمرميت با نوع بلور يکسان مورد شناسايي قرار گرفت و در ادامه مرمريت ها به صورت غير محصور و محصور تحت بارگذاري تراکمي در حالت شبه استاتيکي و ديناميکي قرار گرفتند. وابسته بودن خصوصيات مکانيکي سنگ (مقاومت فشاري و مدول الاستيک ) به نرخ کرنش و نقش عوامل ذاتي (ابعاد دانه بندي و ميکرو ترک ها) در کاهش اين وابستگي مشخص گرديد . وجود رابطه معکوس بين ميزان ميکروترک ها ذاتي سنگ و مقاومت تراکمي آنها در بارگذاري شبه استاتيکي و ديناميکي و کاهش تاثير ريزساختارها در رفتار تراکمي سنگ در بارگذاري ديناميکي نسبت به بارگذاري شبه استاتيکي از دستاوردهاي مشهود بررسي اول مي باشد . در ادامه ميزان افزايش مقاومت نهايي سنگ با افزايش تنش محصور کننده در بارگذاري ديناميکي نسبت به بارگذاري شبه استاتيکي با لحاظ تفاوت ميکروساختاري دو نمونه مقايسه شد و و با به کار بردن معيار مور-کلمب ميزان افزايش چسبندگي و زاويه اصطکاک خارجي در بارگذاري ديناميکي نسبت به بارگذاري شبه استاتيکي مورد بررسي قرار گرفت. در بخش دوم رساله، با طراحي و ساخت مدار الکترونيکي پايش سرعت ترک ، ، پارامترهاي شکست شامل نيروي شکست، چقرمگي شکست، سرعت گسترش ترک، بازشدگي نوک ترک، فشار رهاسازي ميله و نرخ بارگذاري در بارگذاري شبه استاتيکي و ديناميکي اندازه گيري و ارتباط مستقيم مابين چقرمگي شکست و نرخ بارگذاري ، بازشدگي نوک ترک و نرخ بارگذاري و چقرمگي شکست و سرعت گسترش ترک مشخص گرديد. .نتايج نشان داد چقرمگي شکست مرمريت ها به طور مستقل با پارامترهايي ميکروساختاري مانند ابعاد دانه بندي (D)، بعدفراکتال ميکروترک (F )، ضريب بي بعد طول ميکرو ترک به قطر دانه ها (L/D) و پارامترهاي شکست نظير سرعت گسترش در هر دو شرايط بارگذاري مرتبط مي باشد، بنابراين مدل رگرسيوني چندمتغيره براساس پارامترهاي شکست سنگ و پارامترهاي ميکروساختاري، در بارگذاري ديناميکي و شبه استاتيکي توسعه يافت. توليد و توسعه مدلي براساس مکانيزم شکست در مرمريت هايي با نوع بلور يکسان و ميکروساختار متفاوت بر مبناي ارتباط پارامترهاي شکست با يکديگر در دو محدوده بارگذاري ديناميکي و شبه استاتيکي انجام و سطح معناداري مطلوب و ضريب رگرسيوني با تطابق 0.99 درصدي حاصل شد.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی