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研究生: 帥玉康
Shuai, Yu-kang
論文名稱: 以平板彎曲試驗求取石材III型破裂韌度之研究
The Measurement of Mode III Fracture Toughness of Granite Plate Using Plate Bending Test
指導教授: 王建力
Wang, Chein-Lee
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工學院 - 資源工程學系
Department of Resources Engineering
論文出版年: 2008
畢業學年度: 96
語文別: 中文
論文頁數: 99
中文關鍵詞: III型破裂韌度平板彎曲花崗岩
外文關鍵詞: granite, plate bending, mode III fracture toughness
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  • 本研究利用上下施力之載重系統建立一套平板彎曲試驗以求取石材之III型破裂韌度。本試驗選用花崗岩平板為試驗材料,觀察不同裂縫邊長比試體對試驗之影響,高溫燒結後III型破裂韌度之改變,並以ANSYS數值軟體模擬驗證本試驗所得數據後,做出以下結論:提高試體之裂縫邊長比(S/L)至2/5時可獲得III型破裂模式。花崗岩III型破裂韌度為 2.29~2.96 。試體歷經高溫燒結後之III型破裂韌度有明顯下降趨勢。ANSYS數值解與公式解誤差在5%以下。
    在本研究建議尺寸下,試體均穩定呈現III型破裂模式,試驗成功率為100%。在本研究的加載方式下所引起I型、II型破裂甚小,故可視本試驗為成功之III型破裂韌度試驗。

    A plate bending test based on a vertical loading system was built in this study to measure the Mode III fracture toughness of rock material. Granite plates are selected as the testing materials. The topics to be investigated in this study include the crack-width ratio and temperature.
    This study finds that: The plate bending test can result in the Mode III fracture when the crack-width ratio is 2/5 .Mode III fracture toughness of granite is 2.29 to 2.96 .Mode III fracture toughness decreases when the temperature increases. The formula derived by Farshad is compared with the numerical solution by ANSYS. The deviation is less than 5%.

    摘要 I Abstract II 致謝 III 目錄 IV 表目錄 VII 圖目錄 VIII 第一章緒論 1 1-1研究背景與動機 1 1-2研究目的與內容 2 第二章文獻回顧與基本理論 4 2-1破壞力學發展 4 2-2 III型破裂韌度相關試驗 6 2-2-1 邊緣裂紋扭力試驗(Edge Crack Torsion, ECT) 6 2-2-2 直接扭轉式載重系統試驗 8 2-2-3 反裂式平板彎曲試驗(Anti-Clastic Plate Bending, ACPB) 11 2-2-4 III型破裂韌度試驗比較 12 2-3裂縫間距、裂紋長度、厚度等尺寸關係之影響 13 2-4 溫度對岩石力學性質之影響 16 2-4-1 高溫環境對岩石力學性質之影響 16 2-4-2 岩石高溫處理冷卻後試驗 18 2-5 理論模式 19 2-5-1 臨界能量釋放率 19 2-5-2 古典板理論 21 2-5-3 平板彎曲試驗計算III型破裂韌度之步驟 26 第三章研究設備與試驗步驟 28 3-1 研究設備 28 3-2 花崗岩組成與材料性質 30 3-3 試體製備 32 3-4 模具介紹 34 3-5 試驗步驟 38 3-6 試驗規劃 38 第四章數值分析 40 4-1 ANSYS 介紹 40 4-1-1 ANSYS 分析 42 4-1-2 斷裂力學的求解 46 4-2 ANSYS軟體對平板彎曲試驗分析 55 4-2-1 元素、截面、及材料定義 55 4-2-2 繪製模型 56 4-2-3 劃分網格 57 第五章試驗結果與討論 59 5-1 試體基本性質結果 59 5-2 平板彎曲試驗結果 60 5-2-1 不同裂縫邊長比之影響 60 5-2-2 平板彎曲試驗下花崗岩之III型破裂韌度 61 5-3 ANSYS分析結果 64 5-4 公式解與數值解比較 67 5-5 討論 70 5-6 破裂面描述 74 第六章結論與建議 78 6-1 結論 78 6-2 建議 80 參考文獻 81 附錄A以平板彎曲試驗求取III型破裂韌度之數據 84 附錄B數值軟體求尖端點之破裂韌度圖 87 附錄C試體破裂面描述 96

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    下載圖示 校內:立即公開
    校外:2008-08-22公開
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