Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Hiệu suất của Vật liệu Giống Đá Chứa Vết Nứt Cong Được Lấp Đầy Dưới Tình Trạng Căng Kéo Một Trục Tại Điểm Thất Bại
Tóm tắt
Để nghiên cứu hiện tượng thất bại kéo của khối đá có những khuyết tật tự nhiên được lấp đầy, hành vi cơ học của các vật liệu giống đá in 3D chứa các khe nứt gãy được lấp đầy dưới lực kéo đơn trục đã được khảo sát. Các góc nghiêng khác nhau của khe nứt nhánh được xem xét, và vữa xi măng và thạch cao được lựa chọn làm vật liệu lấp đầy. Kết quả cho thấy, vật liệu lấp đầy đã nâng cao sức mạnh của mẫu vật, trong đó thứ tự sức mạnh là lấp bằng xi măng > lấp bằng thạch cao > không lấp. Sự thay đổi góc nghiêng của khe nứt nhánh có ảnh hưởng đáng kể đến sức mạnh và chế độ thất bại của mẫu vật, với thứ tự sức mạnh là -135° > -45° > 90° và +45° > 90° > +135°. Hai loại mẫu thất bại, được gọi là thất bại đầu mút và thất bại không đầu mút, đã được quan sát trong thí nghiệm. Ba loại vết nứt mới được xác định bằng cách sử dụng camera tốc độ cao. Kết quả đạt được bằng cách sử dụng công nghệ tương quan hình ảnh số cho thấy, các điều kiện lấp đầy khác nhau dẫn đến sự thay đổi vị trí của vùng biến dạng cao. Trường biến dạng của mẫu được lấp đầy phát triển từ liên tục sang không liên tục. Hơn nữa, phương pháp phần tử hữu hạn mở rộng đã được áp dụng để mô phỏng các mẫu được lấp đầy và không được lấp đầy, phù hợp với các kết quả thí nghiệm. Nghiên cứu này có thể cung cấp một tài liệu tham khảo đáng tin cậy cho việc nghiên cứu các vùng ứng suất kéo trong khai thác đá.
Từ khóa
#Vật liệu giống đá #khe nứt #ứng suất kéo #đầy lấp #phương pháp phần tử hữu hạn #thất bại kéo #hình dáng thất bạiTài liệu tham khảo
Bobet A, Einstein HH (1998) Numerical modeling of fracture coalescence in a model rock material. International Journal of Fracture 92:221–252, DOI: https://doi.org/10.1023/A:1007460316400
Cao RH, Cao P, Lin H, Ma GW, Chen Y (2018) Failure characteristics of intermittent fissures under a compressive-shear test: Experimental and numerical analyses. Theroretical and Applied Fracture Mechanics 96:740–757, DOI: https://doi.org/10.1016/j.tafrnec.2017.11.002
Chen JW, Zhou XP, Berto F (2019) The improvement of crack propagation modelling in triangular 2D structures using the extended finite element method. Fatigue and Fracture of Engineering Materials and Structures 42(2):397–414, DOI: https://doi.org/10.1111/ffe.12918
Cheng H, Zhou XP, Zhu J, Qian QH (2016) The effects of crack openings on crack initiation, propagation and coalescence behavior in rocklike materials under uniaxial compression. Rock Mechanics and Rock Engineering 49(9):1–14, DOI: https://doi.org/10.1007/s00603-016-0998-9
Dong QQ, Ma GW, Wang WQ, Duan QS (2020a) Non-tip failure of smooth fissure in 3D printed specimens. Engineering Fracture Mechanics 234(3):107112, DOI: https://doi.org/10.1016/j.engfacmech.2020.107112
Dong QQ, Wu J, Sun ZZ, Yan X, Zhang YM (2020b) Applying the cracking elements method for analyzing the damaging processes of structures with fissures. Applied Sciences 10(20):7335, DOI: https://doi.org/10.3390/app10207335
Dyskin AV, Sahouryeh E, Jewell RJ, Joer H, Ustinov KB (2003) Influence of shape and locations of initial 3-D cracks on their growth in uniaxial compression. Engineering Fracture Mechanics 70(15):2115–2136, DOI: https://doi.org/10.1016/S0013-7944(02)00240-0
Gao YT, Wu TH, Zhou Y (2020) Application and prospective of 3D printing in rock mechanics: A review. International Journal of Minerals, Metallurgy and Materials 28(1):1–17, DOI: https://doi.org/10.1007/s12613-020-2119-8
Goswami S, Rabczuk T, Anitescu C (2019) Adaptive phase field analysis with dual hierarchical meshes for brittle fracture. Engineering Fracture Mechanics 218:106608, DOI: https://doi.org/10.1016/j.engfracmech.2019.106608
Lajtai EZ (1974) Brittle fracture in compression. International Journal of Fracture 10:525–536, DOI: https://doi.org/10.1007/BF00155255
Li YF, Sun T, Tian YS, Gao Q, Tan CQ (2017) A stress intensity factor estimation method for the kinked crack under anti-plane load. Theoretical and Applied Fracture Mechanics 93:319–325, DOI: https://doi.org/10.1016/j.tafmec.2017.10.003
Li YP, Wang YH, Chen LZ (2005) Experimental research on pre-cracked marble under compression. International Journal of Solids and Structures 42(9):2505–2516, DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijsolstr.2004.09.033
Liu ZE, Wei YJ (2021) An analytical solution to the stress fields of kinked cracks. Journal of the Mechanics and Physics of Solids 156:104619, DOI: https://doi.org/10.1016/j.jmps.2021.104619
Liu XW, Liu QS, Liu B, Zhu YG, Zhang PL (2018) Failure behavior for rocklike material with cross crack under biaxial compression. Journal of Materials in Civil Engineering 31(2):06018025, DOI: https://doi.org/10.1061/(ASCE)MT.1943-5533.0002540
Miao ST, Pan PZ, Li SJ, Chen JQ, Konicek P (2021) Quantitative facture analysis of hard rock containing double infilling flaws with a novel DIC-based method. Engineering Fracture Mechanics 252:107846, DOI: https://doi.org/10.1016/j.engfracmech.2021.107846
Miao ST, Pan PZ, Wu ZH, Li SJ, Zhao SK (2018) Fracture analysis of sandstone with a single filled flaw under uniaxial compression. Engineering Fracture Mechanics 204:319–343, DOI: https://doi.org/10.1016/j.engfracmech.2018.10.009
Mu LL, Zhang YM (2020) Cracking elements method with 6-node triangular element. Finite Elements in Analysis and Design 177:103421, DOI: https://doi.org/10.1016/j.finel.2020.103421
Perras MA, Vogler D (2019) Compressive and tensile behavior of 3D-printed and natural sandstones. Transport in Porous Media 129(2): 559–581, DOI: https://doi.org/10.1007/s11242-018-1153-8
Ren HL, Zhuang XY, Trung NT, Rabczuk T (2021) Nonlocal operator method for the Cahn-Hilliard phase field model. Communications in Nonlinear and Numerical Simulation 96:105687, DOI: https://doi.org/10.1016/j.cnsns.2020.105687
Tian J, Xu D, Liu T (2020) An experimental investigation of the fracturing behaviour of rock-like materials containing two V-shaped parallelogram flaws. Journal of Mining Science and Technology: English Edition 30(6):7, DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijmst.2020.07.002
Wong L, Einstein HH (2009) Crack Coalescence in molded gypsum and carrara marble: Part 2 — Microscopic observations and interpretation. Rock Mechanics and Rock Engineering 42(3):513–545, DOI: https://doi.org/10.1007/s00603-008-0003-3
Wu D, Li HB, Shao ZS, Chen SA, Zhou CAB, Liu LW (2021) Effects of infilling materials on mechanical behaviors and cracking process of pre-cracked rock: Insights from a hybrid continuum-discontinuum method. Engineering Fracture Mechanics 253:107843, DOI: https://doi.org/10.1016/j.engfracmech.2021.107843
Yang SQ, Dai YH, Han LJ, Jin ZQ (2009) Experimental study on mechanical behavior of brittle marble samples containing different flaws under uniaxial compression. Engineering Fracture Mechanics 76(12):1833–1845, DOI: https://doi.org/10.1016/j.engfracmech.2009.04.005
Yang SQ, Yang Z, Zhang PC, Tian WL (2020) Experiment and peridynamic simulation on cracking behavior of red sandstone containing a single non-straight fissure under uniaxial compression. Theoretical and Applied Fracture Mechanics 108:102637, DOI: https://doi.org/10.1016/j.tafriec.2020.102637
Yang SQ, Yang DS, Jing HW, Li YH, Wang SY (2012) An experimental study of the fracture coalescence behaviour of brittle sandstone specimens containing three fissures. Rock Mechanics and Rock Engineering 45(4):563–582, DOI: https://doi.org/10.1007/s00603-011-0206-x
Yu TT, Bui TQ (2018) Numerical simulation of 2-D weak and strong discontinuities by a novel approach based on XFEM with local mesh refinement. Computers and Structures 196(FEB.):112–133, DOI: https://doi.org/10.1016/j.compstruc.2017.11.007
Zhang D, Dong QQ (2020) Fracturing and damage of 3D-printed materials with two intermittent fissures under compression. Materials 13(7):1607, DOI: https://doi.org/10.3390/ma13071607
Zhang YM, Huang JU, Yuan Y, Mang HA (2021) Cracking elements method with a dissipation-based arc-length approach. Finite Elements in Analysis and Design 195:103573, DOI: https://doi.org/10.1016/j.finel.2021.103573
Zhang XY, Zhu ZM, Liu HJ (2014) Fracture property of Y-Shaped cracks of brittle materials under compression. Scientific World Journal 2014:192978, DOI: https://doi.org/10.1155/2014/192978
Zhang YM, Zhuang XY (2018) Cracking elements: A self-propagating strong discontinuity embedded approach for quasi-brittle fracture. Finite Elements in Analysis and Design 144(MAY):84–100, DOI: https://doi.org/10.1016/j.finel.2017.10.007
Zhang YM, Zhuang XY (2019) Cracking elements method for dynamic brittle fracture. Theoretical and Applied Fracture Mechanics 102:1–9, DOI: https://doi.org/10.3390/app10207335
Zhou XP, Zhang JZ, Wong LNY (2018) Experimental study on the growth, coalescence and wrapping behaviors of 3D cross-embedded flaws under uniaxial compression. Rock Mechanics and Rock Engineering, DOI: https://doi.org/10.1007/s00603-018-1406-4
Zhou SW, Zhuang XY, Rabczuk T (2019) Phase field modeling of brittle compressive-shear fractures in rock-like materials: A new driving force and a hybrid formulation. Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering 355:729–752, DOI: https://doi.org/10.1016/j.cma.2019.06.021
Zhuang XY, Chun JW, Zhu HH (2014) A comparative study on unfilled and filled crack propagation for rock-like brittle material. Theoretical and Applied Fracture Mechanics 72:110–120, DOI: https://doi.org/10.1016/j.tafmec.2014.04.004
Zhuang XY, Ren HL, Rabczuk T (2021) Nonlocal operator method for dynamic brittle fracture based on an explicit phase field model. European Journal of Mechanical A-solids 90:104380, DOI: https://doi.org/10.1016/j.euromechsol.2021.104380
Zhuang XY, Zhou SW (2020) An experimental and numerical study on the influence of filling materials on double-crack propagation. Rock Mechanics and Rock Engineering 2020(2), DOI: https://doi.org/10.1007/s00603-020-02220-1