مطالعات آزمایشگاهی و عددی در تعیین اثر عرض ترک بر چقرمگی شکست حالت اول نمونه‌های استوانه‌ای جدار ضخیم

Abstract

سه حالت جابجایی ترک وجود دارد. حالت اول یا حالت بازشدگی که سطوح ترک در جهت عمود بر سطح ترک جدا می­شوند. حالت دوم یا حالت برشی که در این حالت جابجایی وجوه ترک در صفحه ترک ولی عمود بر جبهه ترک است و حالت سوم یا حالت لغزش و پاره­شدگی است که در این حالت جابجایی وجوه ترک در صفحه ترک و موازی با جبهه ترک است. برخی از کاربردهای مکانیک شکست سنگ در شکست هیدرولیکی، برش و انفجار در سنگ، حفاری مکانیزه، پایداری شیروانی سنگی و خردایش مواد معدنی است. هدف اصلی این تحقیق بررسی اثر عرض ترک بر روی چقرمگی شکست حالت اول استوانه توخالی جدار ضخیم نمونه‌های مارنی است که به شکل یک چاه نفت در آزمایشگاه شبیه‌سازی می‌شود. نمونه‌های مارنی از سازند بنگستان واقع در قسمت جنوب و جنوب غربی ایران تهیه شده است. برای انجام آزمایش در نمونه‌هایی به قطر خارجی 73 میلی‌متر و قطر داخلی 25 میلی‌متر و ارتفاع 150 میلی‌متر دو ترک مصنوعی با ابعاد مشخص به‌صورت متقارن ایجاد شد. پس از اعمال تنش سه محوری بر روی نمونه ها فشار لازم برای گسیختگی بر روی نمونه‌های دارای ترک‌های مصنوعی اندازه گیری شد. سه آزمایش سه محوری برای بررسی اثر عرض ترک بر روی چقرمگی شکست حالت اول انجام شد. دو نرم‌افزار اجزای محدود ABAQUS و ANSYSبرای تعیین چقرمگی شکست حالت اول و دو نرم‌افزارExcelو SPSS برای بررسی تغییرات چقرمگی شکست در اثر تغییر عرض ترک استفاده شد. در نهایت با انجام سه آزمایش این نتیجه حاصل شد که با افزایش 50 درصدی عرض ترک چقرمگی شکست 20 درصد کاهش می‌یابد. در ضمن با افزایش خطی عرض ترک چقرمگی شکست به‌صورت خطی کاهش می‌یابد.