Особенности локализации деформации при растяжении сильвинита
Автор: Пантелеев И.А., Плехов О.А., Наймарк О.Б., Евсеев А.В., Паньков И.Л., Асанов В.А.
Статья в выпуске: 2, 2015 года.
Бесплатный доступ
Настоящая работа посвящена исследованию пространственно-временной локализации деформации при прямом одноосном растяжении сильвинита с использованием метода корреляции цифровых изображений и метода акустической эмиссии. Для реализации схемы прямого одноосного растяжения использовано специальное реверсивное устройство, в котором бетонируются образцы сильвинита. Последовательно сфотографированные изображения боковой поверхности образцов были использованы для восстановления распределения полей компонент вектора перемещений и тензора деформаций на боковой поверхности образцов сильвинита при одноосном квазистатическом растяжении. В результате анализа полученных данных установлено, что процесс деформирования реализуется в виде двух последовательно следующих форм пространственно-временной локализации: системы эквидистантно расположенных стационарных очагов локализованной деформации и одиночной стационарной диссипативной локализованной структуры. Материал вне полос локализованной деформации находится в недеформированном состоянии, также в результате одноосного квазистатического растяжения наблюдаются как полосы локализованной деформации растяжения, так и сжатия. Переход от одной формы локализации к другой происходит в окрестности максимума напряжения и сопровождается резким уменьшением концентрационного параметра. Концентрационный параметр характеризует степень взаимодействия дефектов различных масштабных уровней посредством их упругих полей и может быть оценен по данным акустической эмиссии. Анализ зависимости пространственного периода полос локализованной деформации от размера расчетной ячейки показал, что полосы локализованной деформации имеют самоподобное строение и процесс деформирования локализован по границам зерен минералов, слагающих образец.
Локализация деформации, акустическая эмиссия, прямое растяжение, концентрационный параметр, метод корреляции цифровых изображений
Короткий адрес: https://sciup.org/146211556
IDR: 146211556 | УДК: 539.42 | DOI: 10.15593/perm.mech/2015.2.08
Features of strain localization in sylvinite under tension
This work is devoted to investigation of spatio-temporal localization of deformation at the direct uniaxial tensile of sylvinite with using of digital image correlation method and acoustic emission technique. For the implementation of direct tension there was used a special reversing device allowing to convert compressive force into tensile. Samples are concreted into the device before the experiment. Sequentially photographed images of side surfaces of specimens were used to reconstruct the distribution of components of displacement vector field and strain tensor on the side of sylvinite samples under uniaxial quasi-static tension. As result of obtained data analysis it is found that the deformation process occurs as two consistently following forms of spatiotemporal localization: a system of equidistantly located stationary foci of localized deformation and a single stationary dissipative localized structure. Areas of specimen outside the localization zones are in the undeformed state, also as result of uniaxial quasistatic tension of specimen it is established that the zones of localized deformation can be tensile as well as compressive. The transition from one localization form to another occurs in the maximum stress vicinity and is accompanied by a sharp decrease in the concentration parameter. Concentration parameter characterizes the degree of interaction between defects of different scale levels through their elastic fields and can be estimated from the acoustic emission data. Analysis of dependence of the spatial period of localized deformation bands on the size of computational cell showed that localized deformation bands are self-similar structures and process of deformation is localized at the grain boundaries minerals composing the sample.
Список литературы Особенности локализации деформации при растяжении сильвинита
- Butenuth C. Comparison of tensile strength values of rocks determined by point load and direct tension tests//Rock Mech. Rock Engng. -1997. -Vol. 30. -No. 1. -P. 65-72. DOI: DOI: 10.1007/BF01020114
- Efimov V.P. The rock strength in different tension conditions//Journal of Mining Science. -2009. -Vol. 45. -No. 6. -P. 569-575.
- Erarslan N., Williams D.J. Experimental, numerical and analytical studies on tensile strength of rocks//International Journal of Rock Mechanics & Mining Sciences. -2012. -Vol. 49. -P. 21-30.
- О неоднородности деформации при сжатии сильвинита/С.А. Баранникова, М.В. Надежкин, Л.Б. Зуев, В.М. Жигалкин//ПЖТФ. -2010. -Т. 36, № 11. -С. 38-45.
- Баранникова С.А., Надежкин М.В., Зуев Л.Б. О локализации пластического течения при сжатии кристаллов NaCl и KCl//ФТТ. -2009. -Т. 51, № 6. -С. 1081-1086.
- Choi S., Shah SP. Measurement of deformation on concrete subject to compression using image correlation//Exp. Mech. -1997. -Vol. 37. -No. 3. -P. 307-313. DOI: DOI: 10.1007/BF02317423
- Lawler J.S., Kean D.T., Shah S.P. Measuring three-dimensional damage in concrete under compression//ACI Mater J. -2001. -Vol. 98. -No. 6. -P. 465-475.
- Bhandari A.R., Inoue J. Strain localization in soft rock -a typical rate-dependent solid: experimental and numerical studies//Int. J. Numer. Anal. Meth. Geomech. -2005. -Vol. 29. -P. 1087-1107. DOI: DOI: 10.1002/nag.446
- Experimental study on damage evolution of rock under uniform and concentrated loading conditions using digital image correlation/H. Song, H. Zhang, D. Fu, Y. Kang, G. Huang, C. Qu, Z. Cai//Fatigue Fract. Engng. Mater. Struct. -2013. -Vol. 36. -No. 8. -P. 760-768. DOI: DOI: 10.1111/ffe.12043
- Source analysis of acoustic emission in Aue granite cores under symmetric and asymmetric compressive loads/A. Zang, F.C. Wagner, S. Stanchits, G. Dresen, R. Andresen, M.A. Haidekker//Geophys. J. Int. -1998. -Vol. 135. -P. 1113-1130.
- Zang A., Wagner F.C., Dresen G. Acoustic emission, microstructure and damage model of dry and wet sandstone stressed to failure//J. Geophys. Res. -1996. -Vol. 101. -P. 17507-17521.
- Determination of displacements using an improved digital correlation method/M.A. Sutton, W.J. Wolters, W.H. Peters, W.F. Ranson, S.R. McNeil//Image and Vision Computing. -1983. -Vol. 1. -No. 3. -P. 133-139.
- Sutton M.A., Orteu J.J., Schreier H.W. Image Correlation for Shape, Motion and Deformation Measurements: Basic Concepts, Theory and Applications. -Springer, 2009. -316 p.
- A Two-stage Model of Fracture of Rocks/V. Kuksenko, N. Tomilin, E. Damaskinskaya, O. Lockner//PAGEOPH. -1996. -Vol. 146. -No. 2. -P. 253-263. DOI: DOI: 10.1007/BF00876492
- Куксенко В.С. Диагностика и прогнозирование разрушения крупномасштабных объектов//ФТТ. -2005. -Т. 47, № 5. -С. 788-792.
- Плехов О.А., Пантелеев И.А. Оптимизация предсказания времени разрушения твердых тел на основе представления об иерархической природе деформации и анализа истории нагружения//Физ. мех. -2008. -Т. 11, № 6. -C. 53-59.
- Пантелеев И.А, Плехов О.А., Наймарк О.Б. Нелинейная динамика структур обострения в ансамблях дефектов как механизм формирования очагов землетрясения//Физика Земли. -2012. -№ 6. -С. 43-55.
- Пантелеев И.А., Плехов О.А., Наймарк О.Б. Модель геосреды с дефектами: коллективные эффекты развития несплошностей при формировании потенциальных очагов землетрясений//Геодинамика & Тектонофизика. -2013. -Т. 4, № 1. -С. 37-51. DOI: DOI: 10.5800/GT2013410090
- Autowave model of localized plastic flow of solids/L.B. Zuev, V.I. Danilov, S.A. Barannikova, V.V. Gorbatenko//Physics of Wave Phenomena. -2009. -Vol. 17. -No. 1. -P. 66-75. DOI: DOI: 10.3103/S1541308X09010117
- Наймарк О.Б. О деформационных свойствах и кинетике разрушения твердых тел с микротрещинами. О термодинамике деформирования и разрушения твердых тел с микротрещинами. -Свердловск, 1982. -С. 3-34.
- Structural-scaling transitions and thermodynamic and kinetic effects in submicro-(nano-)crystalline bulk materials/O.B. Naimark, Yu.V. Bayandin, V.A. Leontiev, I.A. Panteleev, O.A. Plekhov//Physical Mesomechanics. -2009. -Vol. 12. -No. 5-6. -P. 239-248.