عنوان:

ارزیابی رفتار تنش - کرنش سنگها با استفاده

از دستگاه آزمایش خودکنترل

فهرست مطالب

چکیده 1

رفتار شکننده و خمیری 2

مفهوم اندرکنش ماشین – نمونه (مفهوم ماشین ، نرم و سخت) 5

عامل مؤثر در شکست کنترل شده سنگها در ماشین آزمایش 8

اصول و مبانی دستگاههای خود کنترل 16

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

نتیجه گیری 28

خلاصه و پیشنهاد 30

منابع 31

چکیده

مطالعه رفتار سنگ ها بر خلاف بعضی از مصالح مهندسی در محدوده الاستیک خلاصه نمی شود. جهت تعیین رفتار واقعی توده های سنگی، مطالعه رفتار سنگ ها در تمام مراحل بارگذاری حتی پس از نقطه مقاومت نهایی، شکست و خرابی کامل سنگ نیز امری ضروری است. به همین دلیل ارزیابی رفتار و مطالعه جامع سنگ ها در آزمایشگاه توسط دستگاههای عادی آزمایش ( که صرفاً قادر به بارگذاری سنگ تا مقاومت نهایی سنگ هستند) را نمی توان به طور کامل انجام داد و نیاز به دستگاه های پیچیده و پیشرفته و مجهز به امکانات الکترونیکی است. این نوع دستگاه ها در مکانیک سنگ تحت عنوان خود کنترل ( servo- control) مورد استفاده قرار می گیرد. در این مقاله سعی شده است تا حدودی مکانیزم رفتاری سنگ ها در بارگذاری، کاربرد منحنی های کامل تنش- کرنش سنگ ها، انواع آزمایش هایی که توسط این نوع دستگاه ها در دنیا انجام شده است و در پایان اندرکنش ماشین- نمونه، تاثیر سختی ماشین و نمونه در بدست آوردن این نوع منحنی ها و به طور کلی اصول و کلیات دستگاه های خود کنترل به تفصیل پرداخته شود.

کلمات کلیدی: رفتار شکننده، رفتار خمید، خود کنترل، تنش. کرنش، سختی

رفتار شکننده و خمیری

سنگ ها در اثر بارگذاری و اعمال تنش دچار دو نوع شکست می گردند. یکی شکست شکننده است و دیگری رفتار خمیری می باشد

شکست شکننده وقتی اتفاق می افتد که توانایی سنگ در تحمل بار با افزایش تغییر شکل کاهش می یابد. شکست شکننده اغلب مرتبط با تغییر شکل دایمی کوچک یا بدون تغییر شکل دایمی قبل از شکست نهایی بوده و به شرایط آزمایش بستگی دارد که ممکن است به صورت ناگهانی و انفجار گونه رخ دهد. شکست ناگهانی و انفجار گونه سنگها در معادن عمیق و با سنگ های سخت رخ می دهد. در شکل (1) منحنی تنش- کرنش شکننده ارائه شده است.

شکل 1- منحنی تنش- کرنش شکننده در فشار ت محوری

ماده ای دارای رفتار خمیری می باشد که بتواند تغییر شکل دایمی را بدون از دست دادن توان خود در تحمل بار ادامه دهد. اکثر سنگ ها در فشارهای جانبی و درجه حرارت هایی که در کارهای عمرانی و معدنی با آنها مواجه می شویم، رفتاری شکننده 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 شکل (2) منحنی تنش- کرنش خمیری ارائه شده است.

شکل 2- منحنی تنش- کرنش برای رفتار خمیری در فشار

افزایش فشار جانبی، سنگ را به مرحله انتقال از شکنندگی به خمیری می رساند. این مرحله، حدی از فشار جانبی است که رفتار سنگ از نوع شکننده به خمیری کامل انتقال می یابد. بایرلی (3) فشار انتقال از شکنندگی به خمیری را حدی از فشار جانبی تعریف کرده است که در آن تنش مورد نیاز برای تشکیل صفحه شکست در نمونه سنگ برابر با تنشی است که موجب لغزش روی آن صفحه می شود.

*تحقیق درباره تنش*

تعریف تنش

در حالت کلی همانطور که در اشکال 1-1- ب و 1-1-ب، نشان داده شد، نیروهای داخلی که در روی سطوح بینهایت کوچک یک مقطع عمل می کنند، از لحاظ مقدار و جهت با یکدیگر متفاوت می باشند. این موضوع دوباره در شکل 3-1، نمایش داده می‌شود.

نیروهای داخلی از لحاظ طبیعت، کمیتهایی برداری هستند و نیروهای مؤثر خارجی را در تعادل نگه می دارند. در مکانیک جامدات تعیین شدت این نیروها در نقاط مختلف یک مقطع بسیار مهم می باشد. در حالت کلی شدت این نیروها از نقطه ای به نقطة دیگر فرق می کند و نسبت به سطح مقطع مایل هستند. رسم بر این است که این شدتها به مؤلفه های قائم و موازی مقطع تحت مطالعه، تجزیه شوند. به عنوان مثال،؟ مؤلفه های بردار نیروی که روی سطح عمل می کند در شکل 3-1-ب، نشان داده شده است. در این مثال بخصوص، چون منطقی که جسم را به دو قسمت تقسیم کرده، عمود بر محور x می باشد، امتداد منطبق بر امتداد عمود بر می باشد. نیروی وارد بر واحد سطح که همان شدت نیروی گسترده بر روی سطح می باشد، تنش نامیده می شود. در شکل 3-1-ب، تنش متوسط نیروی برابر می‌شود. حال اگر به جای تنش متوسط، تنش در یک نقطه را خواسته باشیم باید در رابطه تنش متوسط، را به سمت صفر میل دهیم.»

بنابراین تعریف ریاضی تنش به صورت زیر در می آید:

شدت نیروی عمود بر مقطع، تنش قائم آن نقطه نامیده می شود. اگر تنش قائم باعث ایجاد کنش در مقطع بشود، به آن تنش کششی می گویند. در مقابل تنشهای قائمی که بر مقطع فشار وارد می آورند، به تنشهای فشاری موسومند. به جای اینکه تنشهای قائم را با حرف با دو زیرنویس نمایش می دهیم. آنها را با حرف (زیگما) با یک زیرنویس نمایش می دهیم. مؤلفه های دیگر شدت نیرو به موازات صفحة مقطع عمل می کنند. این مؤلفه ها تنشهای برشی نامیده می شوند. تنشهای برشی همیشه با حرف نمایش داده می شوند.

واحد رسمی تنش در سیستم بین المللی، نیوتن بر متر مربع است، که پاسکال نامیده می شود. اما اگر بخواهیم تنشهای معمول را بر حسب این واحد نمایش دهیم با اعداد بزرگی سروکار خواهیم داشت، به همین جهت، تنشها را بر حسب مگاپاسکال (Mpa) و یا بر حسب نیوتن بر میلی متر مربع بیان می کنیم. این دو واحد با یکدیگر مساوی می باشند.

قرارداد علامت مثبت تنش ها :

I.صفحه ای مثبت است که بردار نرمال آن مثبت است .

II.صفحه ای مثبت است که بردار نرمال آن جلو باشد .

III.روی صفحة مثبت تنش ها وقتی مثبت هستند که در راستای مثبت محور موردنظر باشد .

مطالعه رفتار سنگ ها بر خلاف بعضی از مصالح مهندسی در محدوده الاستیک خلاصه نمی شود. جهت تعیین رفتار واقعی توده های سنگی، مطالعه رفتار سنگ ها در تمام مراحل بارگذاری حتی پس از نقطه مقاومت نهایی، شکست و خرابی کامل سنگ نیز امری ضروری است. به همین دلیل ارزیابی رفتار و مطالعه جامع سنگ ها در آزمایشگاه توسط دستگاههای عادی آزمایش ( که صرفاً قادر به بارگذاری سنگ تا مقاومت نهایی سنگ هستند) را نمی توان به طور کامل انجام داد و نیاز به دستگاه های پیچیده و پیشرفته و مجهز به امکانات الکترونیکی است. این نوع دستگاه ها در مکانیک سنگ تحت عنوان خود کنترل ( servo- control) مورد استفاده قرار می گیرد. در این مقاله سعی شده است تا حدودی مکانیزم رفتاری سنگ ها در بارگذاری، کاربرد منحنی های کامل تنش- کرنش سنگ ها، انواع آزمایش هایی که توسط این نوع دستگاه ها در دنیا انجام شده است و در پایان اندرکنش ماشین- نمونه، تاثیر سختی ماشین و نمونه در بدست آوردن این نوع منحنی ها و به طور کلی اصول و کلیات دستگاه های خود کنترل به تفصیل پرداخته شود.

کلمات کلیدی: رفتار شکننده، رفتار خمید، خود کنترل، تنش. کرنش، سختی

فهرست مطالب

چکیده1

رفتار شکننده و خمیری2

مفهوم اندرکنش ماشین – نمونه (مفهوم ماشین ، نرم و سخت) 5

عامل مؤثر در شکست کنترل شده سنگها در ماشین آزمایش8

اصول و مبانی دستگاههای خود کنترل16

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

نتیجه گیری28

خلاصه و پیشنهاد30

منابع31