ОЦЕНКА ДИНАМИЧЕСКОЙ ПРОЧНОСТИ МРАМОРА ПРИ СЛОЖНОМ НАПРЯЖЕННОМ СОСТОЯНИИ СЖАТИЯ СО СДВИГОМ
Аннотация
Проведен цикл динамических экспериментов по комбинированному нагружению образцов мрамора импульсами сжатия со сдвигом. Для создания в испытуемом образце сложного напряженно-деформированного состояния сжатия со сдвигом торцы мерных стержней, примыкающих к испытуемому образцу, наклонены относительно оси нагружения на некоторый угол. Между этими наклонными плоскостями располагается образец цилиндрической формы, который подвергается воздействию комбинации волн сжатия и сдвига. Вариация угла наклона поверхностей позволяет изменять соотношение между напряжениями сжатия и сдвига в образце. Для того чтобы избежать поперечного смещения примыкающих к образцу скошенных концов мерных стержней в процессе нагружения образца, вся зона нагружения располагается в центрирующей стальной муфте, с легким трением надевающейся на концы мерных стержней. Боковая поверхность мерных стержней, примыкающая к их торцам, смазывается для уменьшения трения.
Для проведения цикла динамических испытаний образцов мрамора при комбинированном нагружении сжатием со сдвигом были изготовлены два комплекта мерных стержней из сплава Д16Т диаметром 20 мм. Примыкающие к образцу концы мерных стержней имели скошенные торцы под углами 15° и 30° для создания в образце различных соотношений между нормальной и сдвиговой компонентами напряжений. В результате цикла испытаний образцов мрамора месторождения «Уфалей» при комбинированном нагружении сжатием со сдвигом с разными скоростями деформации при двух углах наклона торцов мерных стержней определены максимальные величины нормального и сдвигового напряжения, которые являются величинами прочности мрамора при комбинированном нагружении сжатием со сдвигом. Анализ средних величин полученных при различных скоростях деформации компонент нормальных и сдвиговых напряжений показал, что при увеличении угла наклона торцов мерных стержней нормальная компонента напряжения уменьшается, а сдвиговая компонента увеличивается.
Для изучения процесса деформирования и разрушения образцов мрамора проводилась высокоскоростная регистрация с использованием камеры Phantom VEO 710L при скорости съемки 200000 кадр/с. Анализ полученых кинограмм деформирования образцов свидетельствует о том, что на начальном этапе нагружения происходит незначительное сдавливание образцов по нормали к поверхности и соответствующее расширение в поперечном направлении. Затем начинается заметное перекашивание образца, приводящее к уменьшению исходного угла между нормалью образца и осью нагружения до нуля и далее его увеличению в отрицательной области. Судя по симметричному поперечному расширению образцов при обоих углах скоса, скольжения образцов по наклонным торцам мерных стержней не происходит.
Литература
2. Huang J.Y., Xu S.L., Hu S.S. Numerical investigations of the dynamic shear behavior of rough rock joints. Rock Mech. Rock Eng. 2014. Vol. 47. Iss. 5. P. 1727–1743. https://doi.org/10.1007/s00603-013-0502-8.
3. Xia K., Nassari M.H.B., Mohanty B., Lu F., Chen R., Luo S.N. Effects of microstructures on dynamic compression of Barre granite. Int. J. Rock Mech. Min. Sci. 2008. Vol. 45. Iss. 6. P. 879–887. DOI: 10.1016/j.ijrmms.2007.09.013.
4. Doan M.-L., Gary G. Rock pulverization at high strain rate near the San Andreas fault. Nat. Geosci. 2009. Vol. 2. Iss. 10. P. 709–712. https://doi.org/10.1038/ngeo640.
5. Dai F., Huang S., Xia K., Tan Z. Some fundamental issues in dynamic compression and tension tests of rocks using split Hopkinson pressure bar. Rock Mech. Rock Eng. 2010. Vol. 43. Iss. 6. P. 657–666. DOI: 10.1007/s00603-010-0091-8.
6. Bragov A.M., Konstantinov A.YU., Lamzin D.A., Lomunov A.K., Filippov A.R. Dinamicheskoe deformirovanie i razrushenie khrupkikh strukturno-neodnorodnykh sred [Dynamic deformation and fracture of heterogeneous brittle media]. Problemy prochnosti i plastichnosti [Problems Strength and Plasticity]. 2012. Vol. 74. No 1. P. 59–67 (In Russian).
7. Zhou Y.X., Xia K., Li X.B., Li H.B., Ma G.W., Zhao J., Zhou Z.L., Dai F. Suggested methods for determining the dynamic strength parameters and mode-I fracture toughness of rock materials. Int. J. Rock Mech. Min. Sci. 2012. Vol. 49. P. 105–112. DOI: 10.1016/j.ijrmms.2011.10.004.
8. Baker W.W., Yew C.H. Strain rate effects in the propagation of torsional plastic waves. J. Appl. Mech. 1966. Vol. 33. Iss. 6. P. 917–923. https://doi.org/10.1115/1.3625202.
9. Fukui K., Okubo S., Ogawa A. Some aspects of loading-rate dependency of Sanjome andesite strengths. Int. J. Rock Mech. Min. Sci. 2004. Vol. 41. Iss. 7. P. 1215–1219. DOI: 10.1016/j.ijrmms.2004.06.001.
10. Huang S., Feng X.T., Xia K. A dynamic punch method to quantify the dynamic shear strength of brittle solids. Review of Scientific Instruments. 2011. Vol. 82. Iss. 5. Article No 053901. DOI: 10.1063/1.3585983.
11. Rittel D., Lee S., Ravichandran G. A shear-compression specimen for large strain testing. Exp. Mech. 2002. Vol. 42. P. 58–64. DOI: 10.1007/BF02411052.
12. Zhao J., Knauss W.G., Ravichandran G. A new shear-compression-specimen for determining quasistatic and dynamic polymer properties. Exp. Mech. 2009. Vol. 49. Iss. 3. P. 427–436. DOI: 10.1007/s11340-008-9171-z.
13. Dorogoy A., Karp B., Rittel D. A shear compression disk specimen with controlled stress triaxiality under quasi-static loading. Exp. Mech. 2011. Vol. 51. Iss. 9. P. 1545–1557. DOI: 10.1007/s11340-011-9482-3.
14. Fang D., Li Y., Zhao H. On the behavior characterization of metallic cellular materials under impact loading. Acta Mech. Sin. 2010. Vol. 26. P. 837–846. https://doi.org/10.1007/s10409-010-0392-x.
15. Tounsi R., Zouari B., Chaari F., Haugou G., Markiewicz E., Dammak F. Experimental study of aluminium honeycomb behaviour under dynamic multiaxial loading. EPJ Web of Conferences. 2012. Vol. 26. Article No 01050. DOI: 10.1051/epjconf/20122601050.
16. Niu X.,·Chen C., Shen L.,·Chen L., Zhou J. Experimental and numerical study on dynamic mechanical behaviors of low-silver lead-free solder under combined compression-shear loadings. J. Mater. Sci.: Mater. Electron. 2019. Vol. 30. P. 18678–18685. https://doi.org/10.1007/s10854-019-02220-0.
17. Zhao P.D., Lu F.Y., Chen R., Lin Y.L., Li J. L., Lu L., Sun G.L. A technique for combined dynamic compression-shear testing of PBXs. Exp. Mech. 2012. P. 52. Iss. 3. P. 205–213. DOI: 10.1063/1.3557826.
18. Meyer L.W., Staskewitsch E., Burblies A. Adiabatic shear failure under biaxial dynamic compression/shear loading. Mech. Mater. 1994. Vol. 17. Iss. 2-3. P. 203–214. DOI: 10.1016/0167-6636(94)90060-4.
19. Nie X., Chen W.W., Sun X., Templeton D.W. Dynamic failure of borosilicate glass under compression/shear loading experiments. American Ceramic Society. 2007. Vol. 90. Iss. 8. P. 2556–2562. DOI: 10.1111/j.1551-2916.2007.01819.x.
20. Xu Y., Dai F. Dynamic response and failure mechanism of brittle rocks under combined compression-shear loading experiments. Rock Mech. Rock Eng. 2018. Vol. 51. P. 747–764. https://doi.org/10.1007/s00603-017-1364-2.
21. Xu Y., Dai F., Du H. Experimental and numerical studies on compression-shear behaviors of brittle rocks subjected to combined static-dynamic loading. Int. J. Mech. Sci. 2020. Vol. 175. Article No 105520. https://doi.org/10.1016/j.ijmecsci.2020.105520.
22. Xu S., Huang J., Wang P., Zhang C., Zhou L., Hu S. Investigation of rock material under combined compression and shear dynamic loading: an experimental technique. International Int. J. Mech. Sci. 2015. Vol. 86. P. 206–222. http://dx.doi.org/10.1016/j.ijimpeng.2015.07.014.
23. Demenko P.V. Ustanovka dlya dinamicheskikh ispytaniy strukturno-neodnorodnykh materialov na osnove razreznogo sterzhnya Gopkinsona diametrom 60 mm [A setup for dynamic testing of structurally heterogeneous materials based on a split Hopkinson bar with a diameter of 60 mm]. Problemy prochnosti i plastichnosti: Mezhvuz. sbornik [Problems of Strength and Plasticity: Interuniversity collection]. Vyp. 63. Nizhniy Novgorod. 2001. P. 186–190 (In Russian).
24. Bragov A.M., Lomunov A.K. Ispolzovanie metoda Kolskogo dlya issledovaniya protsessov vysokoskorostnogo deformirovaniya materialov razlichnoy fizicheskoy prirody [Using the Kolsky Method to Study High-Speed Deformation Processes in Materials of Different Physical Nature]. Nizhny Novgorod. NNGU Publ. 2017. 148 p. (In Russian).
25. Lomunov A.K. Metodika issledovaniya protsessov vyazkoplasticheskogo deformirovaniya i svoystv materiala na baze razreznogo sterzhnya Gopkinsona [Methodology for studying the processes of viscoplastic deformation and properties of a material based on a split Hopkinson bar]. Diss... kand. tekhn. nauk [Cand. Sci. (Engineering). Dissertation]. Gorkiy. 1987. 231 p. (In Russian).
Copyright (c) 2026 В.В. Баландин Balandin, Вл.Вл. Баландин Balandin, А.К. Ломунов Lomunov, Е.А. Юлин Yulin
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.
