بررسی آزمایشگاهی و عددی روش‌های مرسوم در تعیین چقرمگی شکست مود i بتن

چقرمگی شکست یکی از مهم‌ترین خواص مکانیکی مواد شبه‌سنگی به شمار می‌رود که نقش تعیین‌کننده‌ای در تحلیل پایداری سازه‌های بتنی و سنگی دارد. در سال‌های اخیر، انجمن بین‌المللی مکانیک سنگ (isrm) چند هندسه مختلف شامل scb، cb، ccnbd و sr را برای تعیین چقرمگی شکست مود i پیشنهاد کرده است. با این حال، گزارش‌های متعددی نشان داده‌اند که مقادیر به‌دست‌آمده از این روش‌ها یکسان نبوده و اختلاف محسوسی میان آن‌ها وجود دارد. در این پژوهش به‌منظور بررسی دقیق این موضوع، مجموعه‌ای از آزمایش‌های آزمایشگاهی بر روی نمونه‌های بتنی استاندارد طراحی و اجرا شد و مقادیر چقرمگی شکست تعیین گردید. نتایج آزمایشگاهی نشان داد که مقادیر چقرمگی شکست به نوع هندسه وابسته بوده و بیشترین مقدار چقرمگی برای بتن با مقاومت mpa30در نمونه ccnbd به میزان mpa m0.5 43/0 و کمترین مقدار در نمونه scb به میزان mpa m0.5 0/34 حاصل شده است که اختلافی در حدود 26.4 درصد بین این مقادیر وجود داشت. همچنین مدل‌سازی عددی سه‌بعدی با استفاده از روش اجزای مجزا در نرم‌افزار yade انجام شد. پیش از شبیه‌سازی هندسه‌ها، پارامترهای میکروسکوپی مدل از طریق آزمون‌های مقاومت فشاری تک‌محوری (ucs) و کشش غیرمستقیم (bts) کالیبره شدند. نتایج عددی حاصل از شبیه‌سازی هندسه‌های مختلف نشان داد که مدل اجزای مجزا قادر است مقادیر چقرمگی شکست و همچنین الگوهای شکست را با دقت بالا بازتولید نماید. اختلاف میان داده‌های آزمایشگاهی و عددی در تمامی هندسه‌ها کمتر از 2 تا 3 درصد بود. یافته‌های این تحقیق بیانگر آن است که انتخاب هندسه آزمایش اثر مستقیم و چشمگیری بر مقدار چقرمگی شکست دارد و استفاده از مدل‌سازی عددی می‌تواند ابزاری کارآمد برای تفسیر و تحلیل این اختلافات باشد.

experimental and numerical investigation of conventional methods for determining mode i fracture toughness of concrete

fracture toughness is one of the most important mechanical properties of rock-like materials and plays a decisive role in the stability analysis of concrete and rock structures. in recent years, the international society of rock mechanics (isrm) has proposed several standardized specimen geometries, including scb, cb, ccnbd, and sr, to determine mode i fracture toughness. however, numerous reports have shown that the values obtained from these methods are not consistent, with significant differences between them. in this study, to investigate this issue in detail, a series of laboratory tests were designed and performed on standard concrete samples to determine their fracture toughness values. the experimental results showed that the fracture toughness values are highly dependent on the specimen geometry. for concrete with a strength of 30 mpa, the highest toughness value was obtained for the ccnbd specimen at 0.43 mpa•m⁰•⁵, while the lowest value was obtained for the scb specimen at 0.34 mpa•m⁰•⁵. this represents a difference of approximately 26.4 percent. additionally, three-dimensional numerical modeling was performed using the discrete element method (dem) in the yade software. prior to simulating the fracture tests, the model's microscopic parameters were calibrated based on uniaxial compressive strength (ucs) and brazilian tensile strength (bts) tests. the numerical results from simulating the different geometries showed that the discrete element model can accurately reproduce both the fracture toughness values and the fracture patterns. the difference between the experimental and numerical data for all geometries was less than 2 to 3 percent. the findings of this study indicate that the choice of test geometry has a direct and significant effect on the measured fracture toughness value. furthermore, numerical modeling has been demonstrated to be an efficient tool for interpreting and analyzing these differences.