بررسي شكست نمونه هاي سنگي داراي شيار U شكل با استفاده از معيار تنش محيطي اصلاح شده (MTS-FEM) تحت مود يك

MODE I FRACTURE ASSESSMENT OF U-NOTCHED ROCK SPECIMENS USING MTS-FEM CRITERION

در اين مقاله به بررسي شكست نمونه هاي سنگي داراي شيار U شكل تحت بارگذاري مود يك خالص با استفاده از يك معيار جديد پرداخته مي‌شود. معيار پيشنهادي بر پايه معيار بيشينه تنش محيطي (MTS) استوار مي‌باشد. بر اساس معيار MTS، شروع شكست هنگامي اتفاق مي-افتد كه ميزان بيشينه تنش محيطي در شعاع بحراني از نوك شيار به مقدار بحراني خود برسد. با توجه به بزرگ بودن شعاع بحراني در نمونه هاي سنگي، معيار بيشينه تنش محيطيِ كلاسيك كه فقط جملات اول يا تكين از بسط سري تنش را مورد توجه قرار مي‌دهد، نمي‌تواند توصيف صحيح و دقيقي از شروع شكست ارائه نمايد. بنابراين، از تحليل اجزاي محدود براي محاسبه‌ي دقيق‌تر تنش در روش پيشنهادي استفاده شده است. به منظور ارزيابي روش پيشنهادي كه روش MTS-FEM ناميده مي‌شود، از داده‌هاي آزمايشگاهي ارائه شده در تحليل نمونه‌هاي خمش چهار نقطه-اي با شيار U شكل لبه‌اي، تحت بارگذاري مود I خالص كه در مقالات علمي گزارش شده است، استفاده مي‌گردد. نتايج حاصل از ارزيابي‌ها نشان مي‌دهد كه معيار MTS-FEM نه تنها نسبت به معيار MTS از دقت بهتري برخوردار است، بلكه مي‌تواند نتايج آزمايشگاهي را با دقت خوبي (زير 13%) پيش‌بيني نمايد.

In this paper, the fracture behavior of U-notched rock specimens under pure mode I loading has been investigated by means of a new criterion. The proposed approach is based on the maximum tangential stress (MTS) criterion which states that the onset of fracture takes place when the maximum tangential stress at the critical distance from the notch border attains a critical value. Due to the relatively large critical distance in quasi-brittle materials such as rock, the classical MTS criterion which considers only the first or singular terms of the stress series expansion around the notch border cannot provide an accurate estimation for the onset of fracture in rock-type notched samples. Therefore, it is proposed in this paper that the tangential stress component is determined directly form finite element (FE) analysis. Since the proposed approach is a combination of MTS criterion and the FE method, it is named the MTS-FEM criterion. In order to evaluate the MTS-FEM criterion, the experimental results reported in the previous studies for U-notched samples were employed. The comparison between the fracture loads predicted by MTS and MTS-FEM criteria and those reported in the previous studies revealed that the MTS-FEM criterion not only can provide more accurate estimates than the MTS criterion, but also in good agreements with the experimental results (less than 13%).