بررسي اثرات اندازه ي قطعات ترك دار سنگي با استفاده از قطعه ENDB

Size effect investigation on fracture toughness in rock-type cracked specimens using ENDB samples

تعيين مقدار چقرمگي شكست مواد سنگي كه به نوعي بيانگر ميزان مقاومت سنگ در برابر رشد ترك ميباشد، همواره براي مهندسي معدن در پروژههاي بزرگ معدني حائر اهميت بوده است. در پژوهش هاي متعددي، از قطعات با اندازه و هندسه هاي گوناگون براي محاسبه چقرمگي شكست سنگ استفاده شده است. انتظار ميرود مقدار چقرمگي شكست سنگ با تغيير هندسه و ابعاد قطعه، تغيير نكند و مقداري ثابت باشد، اما نتايج آزمايشگاهي نشان ميدهند كه مقدار چقرمگي شكست مواد سنگي ارتباط بسيار معناداري با ابعاد قطعات آزمايش شده، دارد. بنابراين، براي بررسي شكست توده هاي سنگي بزرگ با استفاده از نتايج آزمايشگاهي كه ابعاد قطعه عموماً كوچك هستند، بايد ارتباط بين مقدار چقرمگي شكست با ابعاد قطعه را دانست. لذا، در اين مقاله، به بررسي اثرات اندازه در قطعات تركدار سنگي با استفاده از يك قطعه جديد به ديسك خمشي با ترك لبه اي(ENDB) پرداخته خواهد شد. قطعه نامبرده يك ديسك با ترك لبه اي است كه تحت بارگذاري خمشي متقارن قرار ميگيرد. نمونهها در چهار اندازه مختلف آماده و آزمايش ميشوند. نتايج آزمايشگاهي نشان ميدهد كه با بزرگتر شدن ابعاد قطعه، مقدار چقرمگي شكست نيز بيشتر ميگردد. به منظور بررسي اثرات اندازه در مقدار چقرمگي شكست، تاكنون معيارهاي فراواني ارائه شده است كه معروفترين آنها معيار بازانت ميباشد. براي ارزيابي نتايج آزمايشگاهي انجام شده در اين مقاله، از معيار بازانت استفاده ميشود. نتايج ارزيابي ها نشان مي دهد كه معيار بازانت براي بررسي اثرات اندازه نميتواند پاسخگوي مناسبي باشد و بايد از معيارهاي ديگر براي ارزيابي نتايج آزمايشگاهي مربوط به قطعه ي ENDB استفاده نمود. دليل اصلي اين محدوديت معيار بازانت اين است كه بعد خارج صفحهي قطعه ي ENDB كه همان قطر قطعه ميباشد، ثابت بوده و متناسب با ابعاد قطعه بزرگ نشده است.

Determining the fracture toughness of rock materials that expresses the resistance of rock against the crack growth always has been important for mine engineering in the major mining projects. In numerous studies, specimens with different sizes and geometries have been used to obtain the rock fracture toughness. It is expected that, the value of the rock fracture toughness will be constant and not change with the geometry and dimension of the specimens. However, the experimental results show that the fracture toughness of rock depends strongly and meaningfuly on the size of the tested specimen. Therefore, in order to investigate the fracture of big rock masses by means of experimental results obtained from laboratory-size of specimens, the relationship between the fracture toughness and specimens size should be known. In this paper, the effect of specimen size on fracture toughness of rock is studied both experimentally and theoretically. The ENDB specimen which is a circular disc with an edge crack thriughout the dimeter of disk under symmetric bending was used for fracture tests in this study. The thickness of ENDB samples were different in order to investigate the size dependency of fracture toughness while the dimeter of ENDB samples was constant for all tested samples. Experimental results showed that the value of the fracture toughness increases by increasing the thickness of the ENDB specimens. To justify the size dependency of fracture toughness, the Bazzant’s size effect low (SEL) was used. The results of the evaluations showed that the Baazant’z SEL is not able to consider the dependency of specimen size on fracture toughness of tested rock. This is aminly because the out-of-plane dimension of ENDB specimens (i.e. the diameter of ENDB) should be magnified prposionally when the specimen size increases while it was constant.