ارزیابی رفتار تنش - كرنش سنگها با استفاده از دستگاه آزمایش خودكنترل

دسته: زمین شناسی
بازدید: 109 بار
فرمت فایل: doc
حجم فایل: 2628 کیلوبایت
تعداد صفحات فایل: 30

مطالعه رفتار سنگ ها بر خلاف بعضی از مصالح مهندسی در محدوده الاستیك خلاصه نمی شود جهت تعیین رفتار واقعی توده های سنگی، مطالعه رفتار سنگ ها در تمام مراحل بارگذاری حتی پس از نقطه مقاومت نهایی، شكست و خرابی كامل سنگ نیز امری ضروری است به همین دلیل ارزیابی رفتار و مطالعه جامع سنگ ها در آزمایشگاه توسط دستگاههای عادی آزمایش ( كه صرفاً قادر به بارگذاری سن

قیمت فایل فقط 2,900 تومان

ارزیابی رفتار تنش - كرنش سنگها با استفاده از دستگاه آزمایش خودكنترل

فهرست مطالب

عنوان

صفحه

چكیده......................................................................................................................... 1

رفتار شكننده و خمیری.............................................................................................. 2

مفهوم اندركنش ماشین – نمونه (مفهوم ماشین ، نرم و سخت) .............................. 5

عامل مؤثر در شكست كنترل شده سنگها در ماشین آزمایش................................... 8

اصول و مبانی دستگاههای خود كنترل..................................................................... 16

خلاصه ای از مطالعات انجام شده و نتایج حاصل از آن توسط دستگاه خودكنترل. 20

نتیجه گیری................................................................................................................. 28

خلاصه و پیشنهاد...................................................................................................... 30

منابع........................................................................................................................... 31

چكیده

مطالعه رفتار سنگ ها بر خلاف بعضی از مصالح مهندسی در محدوده الاستیك خلاصه نمی شود. جهت تعیین رفتار واقعی توده های سنگی، مطالعه رفتار سنگ ها در تمام مراحل بارگذاری حتی پس از نقطه مقاومت نهایی، شكست و خرابی كامل سنگ نیز امری ضروری است. به همین دلیل ارزیابی رفتار و مطالعه جامع سنگ ها در آزمایشگاه توسط دستگاههای عادی آزمایش ( كه صرفاً قادر به بارگذاری سنگ تا مقاومت نهایی سنگ هستند) را نمی توان به طور كامل انجام داد و نیاز به دستگاه های پیچیده و پیشرفته و مجهز به امكانات الكترونیكی است. این نوع دستگاه ها در مكانیك سنگ تحت عنوان خود كنترل ( servo- control) مورد استفاده قرار می گیرد. در این مقاله سعی شده است تا حدودی مكانیزم رفتاری سنگ ها در بارگذاری، كاربرد منحنی های كامل تنش- كرنش سنگ ها، انواع آزمایش هایی كه توسط این نوع دستگاه ها در دنیا انجام شده است و در پایان اندركنش ماشین- نمونه، تاثیر سختی ماشین و نمونه در بدست آوردن این نوع منحنی ها و به طور كلی اصول و كلیات دستگاه های خود كنترل به تفصیل پرداخته شود.

1-   رفتار شكننده و خمیری

سنگ ها در اثر بارگذاری و اعمال تنش دچار دو نوع شكست می گردند. یكی شكست شكننده است و دیگری رفتار خمیری می باشد

شكست شكننده وقتی اتفاق می افتد كه توانایی سنگ در تحمل بار با افزایش تغییر شكل كاهش می یابد. شكست شكننده اغلب مرتبط با تغییر شكل دایمی كوچك یا بدون تغییر شكل دایمی قبل از شكست نهایی بوده و به شرایط آزمایش بستگی دارد كه ممكن است به صورت ناگهانی و انفجار گونه رخ دهد. شكست ناگهانی و انفجار گونه سنگها در معادن عمیق و با سنگ های سخت رخ می دهد. در شكل (1) منحنی تنش- كرنش شكننده ارائه شده است.

شكل 1- منحنی تنش- كرنش شكننده در فشار ت محوری

ماده ای دارای رفتار خمیری می باشد كه بتواند تغییر شكل دایمی را بدون از دست دادن توان خود در تحمل بار ادامه دهد. اكثر سنگ ها در فشارهای جانبی و درجه حرارت هایی كه در كارهای عمرانی و معدنی با آنها مواجه می شویم، رفتاری شكننده دارند. میزان خمیری با افزایش فشار جانبی و افزایش درجه حرارت افزایش می یابد، ولی در سنگ ها هوازده، توده های سنگی شدیداً درزدار و بعضی از سنگ ها مثل سنگ های تبخیری نیز در شرایط معمول مهندسی پدیده خمیری اتفاق می افتد. در شكل (2) منحنی تنش- كرنش خمیری ارائه شده است.

شكل 2- منحنی تنش- كرنش برای رفتار خمیری در فشار

افزایش فشار جانبی، سنگ را به مرحله انتقال از شكنندگی به خمیری می رساند. این مرحله، حدی از فشار جانبی است كه رفتار سنگ از نوع شكننده به خمیری كامل انتقال می یابد. بایرلی (3) فشار انتقال از شكنندگی به خمیری را حدی از فشار جانبی تعریف كرده است كه در آن تنش مورد نیاز برای تشكیل صفحه شكست در نمونه سنگ برابر  با تنشی است كه موجب لغزش روی آن صفحه می شود.

همان طور كه اشاره شد، شكست شكننده كه در سنگها تحت شرایط آزمایشگاهی یا شرایط صحرایی رخ مید هد، اغلب به طور طبیعی ناگهانی. انفجار گونه و غیر كنترل شده است. در سایر موارد از قبیل پایه های معدنی، ممكن است سنگ بعد از ظرفیت باربری  نهایی خود، در حالت كنترل شده بشكند و تغییر شكل دهد و در مقدار بار كمتری به تعادل برسد. در حالت اول، شكست انفجار گونه در تنش نهایی رخ می دهد، و بخش بعد از اوج منحنی تنش – كرنش ثبت نخواهد شد. در حالت دوم، شكست  تدریجی سنگ قابل مشاهده بوده و بخش بعد از اوج منحنی تنش- كرنش ثبت خواهد شد.

اینكه كدام یك از این دو شكل عمومی رفتار رخ خواهد داد، بستگی به سختی نسبی نمونه بارگذاری شده و سیستم بارگذاری دارد ( اعم از اینكه این سیستم ماشین آزمایش در  آزمایشگاه باشد یا توده سنگی كه یك حجم درجا و در محل سنگ را در برگرفته و بار وارد می كند) در آزمایشگاه احتمال شكست كنترل نشده را می توان با به كارگیری دستگاه های آزمایش با سختی بالا یا با دستگاه های خود كنترل كاهش داد.

در عمل كاربرد این منحنی ها و مفهوم منحنی تنش- كرنش یا منحنی های نیرو- تغییر مكان سنگ های شكننده و توده های سنگی برای درك صحیح و تحلیل رفتاری سنگ هایی كه شدیداً تحت تنش هستند( از قبیل پایه های معدنی و یا سازه های زیر زمینی) پر اهمیت و حیاتی است رسم این منحنی های تنش- كرنش بهترین توصیف را از نحوه تغییر شكل سنگ ها در سطوح مختلف تنش ارائه می دهند پاره ای از كاربردهای منحنی های تنش – كرنش به شرح زیر است.

1- طراحی پیلار های معدنی در روش معدنی كاری اتاق و پایه،

2- پیش بینی رفتار سنگ در دراز مدت،

3- پیش بینی رفتار سازه تحت بارهای تناوبی،

4- تعیین رفتار توده های سنگی،

5- پیش بینی عكس العمل توده سنگ حین حفاری های زیر زمینی

2-   مفهوم اندر كنش ماشین- نمونه ( مفهوم ماشین نرم و سخت)

وقتی ماده ای شكننده مثل سنگ در ماشین بارگذاری معمولی تحت نیروی فشار قارارمی گیرد، با افزایش بار مقداری انرژی كرنشی الاستیك در بدنه ماشین ذخیره می شود. در چنین ماشین هایی كه تحت عنوان ماشین نرم شناخته می شوند. پس از رسیدن نمونه به مقاومت نهایی و گسیختگی، انرژی كرنش الاستیكی ذخیره شده در ماشین به صورت ناگهانی، آزاد شده و صفحانت بارگذاری ماشین به سرعت به سمت یكدیگر حركت می كنند. این حركت ناگهانی باعث خرد شدگی شدید نمونه و در نتیجه موجب شكست انفجاری آن می گردد.

همان طور كه در شكل (3) ملاحظه می شود اعمال نیروی P در یك ماشین فشاری باعث تغییر شكل  در نمونه و  در ماشین می گردد. بنابراین انرژی الاستیك ذخیره شده در ماشین(  طبقه رابطه (1) به دست می آید.

(1)                                                                                                                                                                                      

با این تعریف كه شیب منحنی نیرو – تغییر مكان محوری نشانگر صلیب ماشین می باشد، مطابق شكل (4) خواهیم داشت.

(2)                                                                                                                                                                                      

و در نتیجه رابطه (3) به دست می آید

(3)                                                                                                                                                                                      

رابطه اخیر نشان میدهد كه هر چه صلیب ماشین بیشتر باشد، انرژی الاستیك ذخیره شده در آن كم تر خواهد بود. بدین ترتیب اثر تخریبی ماشین آزمایش روی نمونه كاهش می یابد. به عبارت دیگر برای اجتناب از شكستن انفجاری نمونه ها، لازم است كه صلبیت  ماشین به مراتب بیشتر ازصلبیت نمونه پس از گسیختگی باشد كه این خاصیت در ماشین های آزمایش نرم وجود ندارد.

شكل 3- تغییر شكل های به وجود آمده در نمونه و ماشین آزمایش بر اثر اعمال بار P(2)

شكل 4- مقایسه منحنی تغییر شكل نمونه و ماشین آزمایش (9)

شكل (5- الف) منحنی نیرو- تغییر شكل به دست آمده از ماشین نرم و شكل ( 5-ب) نمودار مربوط به ماشین سخت را نشان می دهد.

شكل5- منحنی نیرو- تغییر مكان پس ازگسیختگی برای الف- ماشین‌نرم ب- ماشین سخت(2)

فرض كنید بارگذاری به نقطه A یعنی مقاومت نهایی رسیده و ادامه منحنی در مرحله نرم كرنشی باشد. بنابراین برای به دست آوردن ادامه منحنی، نمونه باید فشرده شود. برای ایجاد این فشردگی لازم است كه بار از P_A به P_B كاهش یابد. در این صورت نمونه باید مقداری انرژی به اندازه  كه برابر با مساحت بخش ABED می باشد را جذب نماید. بدیهی است كه به ازای تغییر شكل  مقداری بار برداری در ماشین اتفاق می افتد. این باربرداری، منحنی مربوط به ماشین نرم را به نقطه F و منحنی ماشین سخت را به نقطه G می رساند. انرژی آزاد شده توسط ماشین نرم  در اثر این باربرداری بابر با مساحت بخش AFED می باشد كه بیشتر از انرژی قابل جذب توسط نمونه است. یعنی خواهیم داشت

(4)                                                                                                                                                                                                        

در نتیجه دچار شكست انفجاری شده و امكان ترسیم منحنی تنش- كرنش بعد از نقطه اوج وجود ندارد.

چنانچه ماشین سخت باشد همانند شكل 05-ب) مقدار انرژی آزاد شده در اثر باربرداری باربر با مساحت AGED است كه كمتر از انرژی جذب شده توسط نمونه می باشد. یعنی به صورت رابطه (5)

(5)                                                                                                                                                                                               

بنابراین انرژی آزاد شده ماشین به راحتی توسط نمونه جذب می گردد. بدین ترتیب می‌توان تغییر شكل نمونه را بعد از نقطه اوج نیز اندازه گیری نمود. البته باید توجه داشت در سنگ های خیلی شكننده كه عموماً ریزدانه، همگن و ایزوتروپ هستند، منحنی بعد از گسیختگی بسیار تند و پر شیب می باشد، به طوری كه حتی با سخت ترین ماشین های آزمایش هم نمی توان این منحنی را به دست آورد. در مورد چنین سنگ هایی منحنی بعد از نقطه اوج را می توان توسط ماشین آزمایش خود كنترل تعیین نمود.

3-   عوامل موثر در شكست كنترل شده سنگ ها در ماشین آزمایش

شكست نمونه سنگ بارگذاری شده در ماشین آزمایش بستگی به دو عامل اساسی و مهم زیر دارد.

1-   سختی ماشین آزمایش

2-    سختی نمونه آزمایش

ارتباط بین این دو فاكتور اساسی در الگوریتم شكل (6) ارایه شده است.

جهت دریافت فایل ارزیابی رفتار تنش - كرنش سنگها با استفاده از دستگاه آزمایش خودكنترل لطفا آن را خریداری نمایید

قیمت فایل فقط 2,900 تومان

برچسب ها : رفتار شكننده , رفتار خمید , خود كنترل , كرنش سنگها با استفاده از دستگاه آزمایش خودكنترل , ارزیابی رفتار تنش , ارزیابی رفتار تنش كرنش سنگها با استفاده از دستگاه آزمایش خودكنترل , دانلود ارزیابی رفتار تنش كرنش سنگها با استفاده از دستگاه آزمایش خودكنترل , زمین شناسی , , تنش , كرنش , سختی