Tensile opening mode fracture toughness measurements and size effect investigations with Brazilian disc type rock specimens

Abstract

Düzleştirilmiş Brezilyan Disk geometrileri (DBD), yükleme uçlarından basma yüklerine maruz bırakıldı. Çekme gerilmelerinin disk numunelerinin merkezinde endirekt olarak gelişmesi sağlandı. Çatlaklar kontrollü bir şekilde oluşturulduktan sonra, çatlakların stabil ilerleme durumuna geçene kadar stabil olmayan çatlak ilerleme modunda yüklenmesi sağlandı. Bu aşamada kaydedilen yükler açılma modu çatlak tokluğu değerlerinin hesaplanması için kullanıldı. Numune büyüklüğünün Gölbaşı andezitinin mod I çatlak tokluğununa etkisi numune çapları değiştirilerek araştırıldı. Çatlak tokluğu üzerindeki sınır etkisi numunelerin düzleştirilmiş yükleme uçları farklı genişliklerde olacak şekilde işlenerek incelendi. Çeşitli boyutlardaki DBD geometrilerinin mod I gerilme şiddeti faktörlerini hesaplamak için ABAQUS sonlu eleman programı ile sayısal modellemeler yapılmıştır. Nümerik sonuçların değerlendirilmesi ile yükleme açısı cinsinden iki farklı denklem geliştirilmiştir; biri kritik boyutsuz çatlak uzunluğunu hesaplamak için, diğeri ise maksimum boyutsuz gerilme yoğunluğu faktörünü belirlemek için kullanılır. DBD geometrisi için boyut etkisini incelemek amacıyla, çatlak tokluğu testleri farklı boyutlardaki Gölbaşı andezit numuneleri üzerinde gerçekleştirilmiştir. Numune çapları 54 mm, 75 mm, 100 mm ve 125 mm olup; yükleme açıları 16° ila 42° arasında değişmektedir. Numunelerin kalınlık/çap oranı ?/? tüm çatlak tokluğu testlerinde 0.6 civarında sabit tutulmuştur. Gölbaşı andezitinin ortalama mod I çatlak tokluğu değerleri 54 mm, 75 mm, 100 mm ve 125 mm numune çapları için sırasıyla 2.03±0.20 MPa√?, 2.33±0.13 MPa√?, 2.85±0.16 MPa√?, 3.26±0.39 MPa√? olarak bulunmuştur. Test sonuçları numune çapı arttıkça mod I çatlak tokluğunun da arttığını gösterdi.

Sayısal Modelleme, Mod I Çatlak Tokluğu Deneyi, Düzleştirilmiş Brazilyan Disk Yöntemi, Düzleştirilmiş Brazilyan Disk Geometrisi, Boyut Etkisi