دانشگاه صنعتی امیرکبیر نشریه مهندسی عمران امیرکبیر 2588-297X 56 10 2024 12 21 Mode I fracture toughness determination of granite specimens using pseudo-compact tension method بکارگیری روش شبه- فشرده کششی برای تعیین چقرمگی شکست مود I سنگ گرانیت 1275 1290 5542 10.22060/ceej.2024.22419.7967 FA شهربانو صیادی دانشکده مهندسی معدن، دانشگاه صنعتی اصفهان، اصفهان، ایران علیرضا باغبانان دانشکده مهندسی معدن، دانشگاه صنعتی اصفهان، اصفهان، ایران مرتضی جوادی اصطهباناتی دانشکده مهندسی معدن، نفت و ژئوفیزیک دانشگاه صنعتی شاهرود، شاهرود، ایران جوردی دلگادو-مارتین دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه اِکرونی، کرونیا، اسپانیا حمید هاشم الحسینی دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه صنعتی اصفهان، اصفهان، ایران Journal Article 2023 05 19 Mode I fracture toughness (KIC) is one of the most important parameters in the fracture mechanics of brittle material. Several laboratory methods have been suggested to determine the mode I fracture toughness. However, many of these methods deal with the lengthy sample preparation procedure, premature failure of samples, and difficulties in obtaining the precise value of the fracture toughness property. In this paper, a recently proposed pseudo-compact tension method is used to evaluate mode I fracture toughness of a middle-grain granite benefiting the advantages of this method including; simplicity of the test, high level of test control, and high accuracy of the KIC value. For this purpose, granite samples in four different diameters and with six test repeats per diameter have been prepared and tested using the pseudo-compact tension method. For each sample, in addition to recording the load and displacement data, the acoustic events during the loading process were also recorded simultaneously by an acoustic emission equipment. First, the resulting fracture toughness value for each sample has been determined, then the size effect has been evaluated and analyzed. Finally, the results of the acoustic emission method, as the monitoring tool in the fracturing process of tested samples, have been analyzed. The qualitative evolution of acoustic emission parameters well illustrates the mechanical process occurring in the tested samples with well-matched coinciding with the mechanical transitions observed in samples during the loading process. Experimental results show that mode I fracture toughness is positively related to the specimen size and there is a noticeable size effect in KIC value up to a certain diameter. چقرمگی شکست مود I، بعنوان یک مشخصه‌‌ در فرآیند آغاز و گسترش ترک، ویژگی مهمی در مصالح سنگی بشمار می‌‌آید. تاکنون روش‌‌های آزمایشگاهی متعددی برای تعیین چقرمگی شکست مود I معرفی شده است. تسهیل فرآیندهای مرتبط با آماده‌‌سازی نمونه و تدقیق نتایج آزمایش از طریق اعمال کنترل هرچه بیش‌‌تر در حین فرآیند شکست، همواره به عنوان مؤلفه‌‌های هدف در پیشنهاد روش‌‌های جدید تعیین چقرمگی شکست مود I، مورد توجه قرار می‌‌گیرد. در این راستا، در این مطالعه مقادیر چقرمگی شکست مود I با استفاده از یک روش جدید پیشنهادی موسوم به آزمایش شبه‌‌فشرده کششی (pCT) ارزیابی شده و میزان و نحوه تأثیرپذیری چقرمگی شکست مود I، حاصل از روش مذکور نسبت به اندازه نمونه مورد بحث و بررسی قرار گرفته است. بدین منظور، نمونه‌‌های گرانیتی با چهار قطر مختلف و با تکرارپذیری شش آزمایش در هر قطر برای آزمایش pCT، آماده‌‌سازی و مورد آزمایش قرارگرفته است. برای هریک از 24 نمونه مورد آزمایش، علاوه بر ثبت نتایج مربوط به بارگذاری و جابجایی، رویدادهای آوایی در حین فرآیند شکست توسط تجهیزات انتشار آوایی نیز بصورت همزمان ثبت شده است. ابتدا نتایج مربوط به چقرمگی شکست هر نمونه مورد ارزیابی قرار گرفته، سپس با بررسی پراکندگی مقادیر چقرمگی شکست به تحلیل اثر اندازه پرداخته شده است. در نهایت، نتایج حاصل از روش انتشارآوایی به عنوان ابزار رفتارنگاری فرآیند شکست در آزمایش‌‌های انجام شده مورد استفاده قرارگرفته و با بررسی پارامترهای اثرگذار به تحلیل آن پرداخته شده است. روند تغییرات پارامترهای انتشار آوایی بخوبی فرآیند مکانیکی رخ‌داده در نمونه‌های تحت آزمایش را نشان می‌دهد و تغییرات کمّی مشاهده‌شده در فعالیت‌‌های انتشار آوایی، به لحاظ هم‌‌زمانی با تغییر رفتار مکانیکی در طول فرآیند بارگذاری مطابقت دارد. نتایج این مطالعه نشان می‌‌دهد رابطه مستقیم بین چقرمگی شکست مود I و اندازه نمونه برقرار است. همچنین اثر اندازه نیز تا قطر مشخصی در روند تغییرات KIC مشاهده می‌‌شود.

https://ceej.aut.ac.ir/article_5542_38b79fa894eed35565e24e04fa5d8598.pdf