Effect of loading span on tensile mode fracture toughness for three-point bend specimen geometries

Düz çentikli disk eğme örneği geometrisinin, boyuttan bağımsız mod I kırılma tokluğunu bulma potansiyeli vardır, çünkü üç noktalı eğilme ile yüklenen diskin kalınlığı arttırılabilir. Kalınlığın arttırılması ve bükülmenin yükleme aralığının azaltılması, çentik ucundaki şiddetli eğilme hareketini azaltır ve çatlak ucunda ve önünde saf çekme modu gerilme durumuna ulaşılabilir. Dairesel disk geometrisinin (SNDB) sayısal modellenmesi ile stres yoğunluk faktörlerini hesaplamak için 3D sonlu eleman programı (ABAQUS) kullanılmıştır. Modelleme prosedürü ve stres yoğunluğu hesaplama çalışmaları, kare plakanın ve yarı dairesel eğim geometrilerinin üç nokta eğilme yükleri altında 3D modellenmesi ve SIF sonuçlarının bu iki geometrinin ilgili analitik çözümleriyle karşılaştırılmasıyla doğrulanmıştır. Düz çentikli dairesel plaka tipi disk ve yarı dairesel disk andezit kaya örnekleri üzerinde çekme modu kırılma tokluğu testleri yapılmıştır. Testler üç noktalı eğilme yükleri altında gerçekleştirilmiştir. a/R = 0.20'lik bir çatlak uzunluğu / yarıçap oranı sağlayan 0.5 mm genişliğinde çentikler bir testere ile numunelere işlenmiştir. Mod I kırılma tokluğu testleri, 50 mm ve 60 mm kalınlıktaki düz çentikli disk eğme (SNDB) disk örneklerinde gerçekleştirilmiştir. Yükleme açıklıkları S/R = 0.40 ila 0.90 arasında açıklık / yarıçap oranlarına karşılık gelen 40 mm ila 90 mm arasında değişmiştir. Aynı a/R ve S/R konfigürasyonları kullanılarak, karşılaştırma amacıyla ISRM tarafından önerilen yarı dairesel eğme (SCB) çekirdek numune geometrisi ile üç noktalı eğme testleri yapılmıştır. SCB testleri önerildiği gibi 50 mm kalınlığında gerçekleştirilmiştir. Her iki test serisinde Ankara Gölbaşı Andezit kayaç tipi kullanılmıştır. Ankara Gölbaşı Andezit Mod I kırılma tokluğu değerleri 60 mm ve 50 mm kalınlığında SNDB test numuneleri için sırasıyla KIc=1.39 𝑀𝑃𝑎√𝑚 and KIc=1.23 𝑀𝑃𝑎√𝑚 olarak bulunmuştur. Buna karşılık, SCB numunesi ile yapılan testlerde mod I kırılma tokluğu değeri KIc=0.93 𝑀𝑃𝑎√𝑚 olarak bulunmuştur. SNDB ve SCB numuneleri için azalan açıklık uzunluğu ile KIc artışı önemli bir gözlemdir. Başka bir gözlem, SNDB için artan numune kalınlığı ile mod I kırılma tokluğu değerinin artmasıdır. Mevcut test verileri üzerindeki uyumlu eğri atama işleminin bir sonucu olarak, boyuttan bağımsız kırılma tokluğu değeri 1.53 𝑀𝑃𝑎√𝑚 olarak gözlenmiştir.