بررسي اثر مدول الاستيسيته و فشار جانبي روي چقرمگي شكست مود I نمونه هاي گچي

Considering effect of modulus of elasticity and confining pressure on mode-I fracture toughness of chalky specimens

سه مود جابجايي ترك وجود دارد. مود اول يا حالت بازشدگي كه سطوح ترك در جهت عمود بر سطح ترك جدا مي­شوند. مود دوم يا حالت برشي كه در اين حالت جابجايي وجوه ترك در صفحه ترك ولي عمود بر جبـهه ترك مي باشـد و مود سـوم يا حـالت لغـزش و پاره ­شدگي است كه در اين حالت جابجايي وجوه ترك در صفحه ترك و موازي با جبهه ترك است. برخي كاربردهاي مكانيك شكست سنگ در شكست هيدروليكي، برش و انفجار در سنگ، حفاري مكانيزه، پايداري شيرواني سنگي و خردايش مواد معدني است. هدف اصلي اين تحقيق بررسي اثر مدول الاستيسيته و فشار جانبي بر روي چقرمگي شكست مود اول استوانه­ هاي توخالي جدار ضخيم گچي مي­باشد و چاه نفت در آزمايشگاه شبيه­ سازي مـي­شود. براي انجـام آزمايـش روي نمونه ­هاي مصنوعي گچي به قطر خارجي 73 ميلي­متر و قطر داخلي 25 ميلي­متر و ارتفاع 150 ميلي­متر دو ترك مصنوعي با ابعاد مشخص به صورت متقارن ايجاد شد. آنگاه بر روي نمونه ­ها تنـش سه­محوري اعمال و فشار لازم براي گسيختگي نمونه­ هاي داراي ترك­هاي مصنوعي اندازه ­گيري شد. پنج آزمايـش سـه­محوري براي بررسـي اثر مدول الاستيسـيته و شـش آزمايـش سه­محوري براي بررسي اثر فشار جانبي بر روي چقرمگي شكست مود اول انجام گرديد. نتايج تحقيق نشان مي­دهد چقرمگي شكست با افزايش مدول الاستيسيته و فشار جانبي افزايش مي­يابد، هم­چنين تاثير مدول الاستيسيته روي چقرمگي شكست بيش­تر است. رابطه چقرمگي شكست با مدول الاستيسيته غير خطي، و رابطه چقرمگي شكست با فشار جانبي خطي است.

There are three notch displacement modes including the Mode I or opening mode where the notch displacement is perpendicular to the notch front, Mode II or shear mode where notch dimensions are displaced in the notch plane and the Mode III or tear mode where the notch dimensions are displaced in the notch plane parallel to the notch front. Some application areas of rock fracture mechanics can be listed as hydraulic fracturing, rock blasting, rock cutting, mechanized drilling, rock slope stability and comminution in mineral processing. The aim of the present study was to examine the effect parameter of , modulus of elasticity and confining pressure on the mode I Critical Stress Intensity Factor (Critical SIF) using a thick-walled hollow cylindrical chalky specimen and the oil well environment was simulated in the laboratory. To perform the tests on artificial chalky specimens, two artificial symmetrical notches with certain dimensions were created in specimens with an outer diameter (OD) of 73 mm, an inner diameter (ID) of 25 mm and a height of 150 mm. A triaxial stress was applied on the specimen and the pressure required for the propagation of the artificial notches was measured. Five tests were conducted to investigate the effect of modulus of elasticity and six tests to investigate the effect of confining pressure on the mode I Critical SIF. By conducting five tests, it was concluded that with increasing modulus of elasticity, mode I Critical SIF increases and with increasing Poisson’s ratio mode I Critical SIF decreases, also, effect of modulus of elasticity on mode I Critical SIF is more. Meanwhile, it was found that the mode I Critical SIF nonlinearly increased with an increase in modulus of elasticity and it linearly increased with an increase in confining pressure.