مقاله درمورد نیاز به شناخت

دانلود پایان نامه ارشد

مجموعهای از منحنیهای تجربی خاک رسی به‌دست‌آمده از آزمایش نمونههای یکسان تحت تنش برشی ثابت و مختلف در شکل 3-26 آمده است. بخشهای اولیه، ثانویه و مرحلهی سوم خزش برشی در این شکل به ترتیب با OA، AB و BC روی منحنی نشان داده شده است.

شکل 3-26: مجموعهی منحنیهای خزش و منحنیهای به ترتیب برای مقادیر مختلف تنش برشی و زمان بر اساس آزمایشهای برش ساده (مسچیان، 1995)

بر اساس منحنی آهنگ جریان () در مقابل تنش برشی ()، نشان داده شده در شکل 3-26-a، دو مقدار تنش برشی حدی را میتوان برای توصیف تغییرشکل خزشی و مقاومت خاک رسی تعریف نمود:
• تنش برشی حدی اول () که آغاز خزش ثانویه را توصیف میکند، یعنی در تنها خزش اولیه رخ میدهد.
• تنش برشی حدی ثانویه () که آغاز خزش مرحلهی سوم را توصیف میکند، یعنی در تغییرشکل خزشی جمعشده، منجر به از دست رفتن مقاومت خاک رسی میشود. درنتیجه، دومین حد تنش برشی را میتوان حد مقاومت برشی نیز نامید.
در شکل 3-26-a یک حد تنش برشی تسلیم () وجود دارد و معمولاً اختلاف کمی بین و وجود دارد، یعنی . با فرض این شرایط و انتظار آهنگهای خزشی کوچک در ، رابطهی بین آهنگ جریان و تنش برشی که بین تنش برشی حدی اول و دوم باشد، میتواند توسط معادلهی شودوو- بینگهام توسط رابطهی 3-12 برآورد شود:
(3-12)
که در آن: مؤلفه‌ی غیرمحوشوندهی کرنش خزش برشی (کرنش خزش ثانویه) و ضریب ویسکوزیته (نیز ضریب تناسب) است. این رابطه، سادهترین معادلهی رئولوژیکی حالتی است که تغییرشکل خزش برشی خاکهای رسی را تحت برش ساده و بدون در نظر گرفتن کرنش آنی () و کرنش محوشونده (خزش اولیه) توصیف مینماید (مسچیان، 1995).
آزمایشهای کاملی دربارهی رفتار خزش برشی با آزمایش مجموعهای از نمونههای یکسان رس در دستگاه پیچش توسط مسچیان (1995) انجام شده است. مجموعهی منحنیهای خزش به‌دست‌آمده از یکی از این مطالعات در شکل 3-27 آمده است. در این آزمایشها، مواد رسی ابتدا در فشار متراکم شده است که بعداً تا مقدار 0/2 مگا پاسکال کاهش یافته است و تا تثبیت کامل (حدود یک ماه) در همین فشار باقی‌مانده است. سپس تنش برشی در مقادیر مطابق با سطوح مختلف بسیج برش () که مقاومت مواد مورد آزمایش است، به آنها اعمال شده است. نتایج آزمایشها نشان داده است که در سطوح بسیج برش کوچک، 0.1 تا 0.4، تنها خزش اولیه مشاهده میشود. رخ دادن خزش ثانویه برای تنش برشی برابر با بسیج برش 0.5 الی 0.9 ثبت شده است. بااین‌حال مطابق پژوهش مسچیان، مقدار تغییرشکل برشی ناشی از خزش اولیه قابلتوجه است، حتی در سطوح پایین بسیج برش. بر اساس این نتایج میتوان گفت که خزش اولیه (خزش محوشونده) در طول آزمایش خزش برشی خاک رسی تحت برش ساده در حدود 60% کل تغییرشکل خزشی است و نباید نادیده گرفته شود (به‌جز در مورد خاکهای بسیار ضعیف). این بدان معنی است که معادلهی شودوو- بینگهام برای توصیف کلی رفتار خزش برشی، مناسب نیست.

شکل 3-27: مجموعهی منحنیهای خزش در آزمایش برش ساده انجام شده توسط مسچیان

مطابق شکل 3-27 قابل مشاهده است که منحنیهای را میتوان توسط نمودار دوسویه که برای اولین بار توسط گیوس91 و جانگ کی92 برای رابطه در سال 1953 پیشنهاد شد، برآورد نمود. نقاط انحنای موجود در این منحنیها مطابق مقاومت سازهای خاک تحت برش () است. بر اساس مطالعات آزمایشگاهی ثابت شده است که این مقدار تنش برشی تقریباً با حد تنش برشی اول برابر است، یعنی . بر اساس بررسیهای آزمایشگاهی مسچیان نشان داده است که برای خاکهای رسی، به‌جز خاکهای خیلی ضعیف، حد مقاومت سازهای تحت برش تقریباً مستقل از مدتزمان آزمایش بوده و در محدودهی قرار دارد (مسچیان، 1974؛ مسچیان، 1995).

3-9- الگوهای رفتاری تابع زمان مصالح
الگوی رفتاری مناسب که برای بررسی رفتار تابع زمان مصالح ارائه میشود، دو الگوی گرانرو کشسان و گرانرو خمیری میباشد. در بسیاری از مصالح، این دو گونه رفتار درهم آمیخته بوده و جداسازی آنها مطابق شکل 3-23 امکانپذیر نیست. در جهت دستیابی به روشی که در مهندسی قابل استفاده باشد، یک حالت عمومی از الگوهای رفتاری کشسان- گرانرو خمیری استفاده میشود. این الگوها در اغلب مسائل جوابگوی شرایط مهندسی مسئله بوده و قادر است تغییرشکلهای زمانی مواد را در قالب الگوی کشسان شناختهشده متعارف و یک الگوی گرانرو خمیری که محور اصلی تغییرشکلهای زمانی را به خود اختصاص میدهد، ارائه نماید. بررسی بخش گرانرو خمیری نیاز به شناخت صحیح رفتار تابع زمان مصالح دارد.

3-9-1- الگوهای رفتاری سادهی مصالح
در این قسمت، سه الگوی رفتاری خیلی ساده معرفی میشود. بررسی این الگوها صرفاً به‌منظور درک رفتار مصالح در حالات مختلف میباشد. با ترکیب این الگوها به صورت‌های سری و موازی، میتوان حالات مختلف رفتار مصالح را ارائه و بررسی کرد.

3-9-1-1- الگوی یک فنر
این الگو که نمودار رفتاری آن در شکل 3-28 نشان داده شده است، بیانگر رفتار کشسان ساده و خطی مصالح میباشد. مادهای که رفتار آن به این صورت الگوسازی میشود، مادهی کشسان خطی نام دارد. در این الگو به ازای هر مرحله باربرداری کامل، تغییرشکل کاملاً صفر گردیده و هیچگونه تغییرشکل دائمی در مجموعه باقی نمیماند. خاصیت ارتجاعی فنر معمولاً با حرف نمایش داده میشود و بیانگر شیب نمودار نیرو در مقابل تغییرشکل مجموعه میباشد. در این حالت رفتار ماده هیچگونه وابستگی به تاریخچهی اعمال تنش و کرنش نداشته و هیچگونه شکستی در ماده حاصل نمیگردد. هر یک از ضرایب رفتاری ماده در این حالت یک عدد ثابت میباشد.

شکل 3-28: الگوی یک فنر و نمودار نیرو-تغییرشکل آن (هاول، 2004)

3-9-1-2- الگوی یک لغزنده
این الگو در شکل 3-29 نشان داده شده است. در این الگو نیرویی مانند بر لغزنده وارد شده، با افزایش این نیرو تا مقادیر کوچکتر از ، هیچگونه حرکتی در مجموعه مشاهده نمیشود (ناحیه OA). به‌محض آنکه نیروی به مقدار برسد، قیود اصطکاکی موجود در لغزنده کاملاً از بین رفته و تغییرشکل زیادی مشاهده میشود (ناحیه AB). در این مرحله اگر مجموعه باربرداری شود از تغییرشکل آن به‌هیچ‌وجه کاسته نشده و هیچگونه رفتار برگشتپذیری مشاهده نمیشود (ناحیه BC). ماده با اینگونه رفتار، مادهی صلب خمیری نامیده میشود.

شکل 3-29: الگوی یک لغزنده و نمودار نیرو-تغییرشکل آن (هاول، 2004)

3-9-1-3- الگوی تغییرشکل زمانی (میراگر)
این الگو در شکل 3-30 نمایش داده شده است. مطابق این شکل، یک پیستون درون استوانهای قرار داشته و در سطوح تماسی آنها یک سیال لزج وجود دارد. با اعمال بار ثابت ، پیستون درون استوانه شروع به حرکت نموده و با گذشت زمان جابهجایی آن افزایش مییابد. بدین ترتیب با کاربرد مناسب این الگو میتوان رفتار مصالح را با گذشت زمان بررسی نمود. لزجت یا ویسکوزیتهی سیال در این الگو به‌صورت نسبت تنش به آهنگ تغییرات کرنش در زمان تعریف میگردد و آن را معمولاً با حرف نمایش میدهند.

شکل 3-30: الگوی یک میراگر (هاول، 2004)
لازم به ذکر است که سه الگوی ارائه شده در حالات ساده و مصنوعی در شکلهای بالا، به‌تنهایی رفتار واقعی مواد را نشان نمیدهند. حسن این الگوها در این است که میتوان با ترکیب آنها به‌صورت سری و موازی یا حالتی از هر دو، رفتار مواد را به‌خوبی درک نمود.

3-9-2- الگوی رفتاری کشسان-خمیری کامل
مطابق شکل 3-31 الگوی رفتاری کشسان- خمیری کامل به‌صورت ترکیب سری لغزنده و فنر در نظر گرفته میشود. به ازای مقادیر کوچک بار، شاهد تغییرشکل کشسانی فنر بوده و لغزنده به علت وجود قیود اصطکاکی هیچگونه حرکتی نخواهد داشت. چنانچه مقدار بار به حدی برسد که بر اصطکاک موجود در لغزنده غلبه نماید، مجموعه تغییرشکل برگشتناپذیر زیادی از خود نشان میدهد.

شکل 3-31: الگوی رفتاری کشسان-خمیری کامل (هاول، 2004)

شکل 3-32 رفتار تنش-کرنش ماده را در حالت یک‌بعدی و منطبق بر الگوی کشسان- خمیری کامل نشان میدهد. در این شکل رابطهی تنش-کرنش تا نقطهی A به‌صورت خطی و کشسانی میباشد. در ناحیهی OA چنانچه باربرداری صورت پذیرد، کل تغییرشکل ماده صفر گردیده و مجموعه به وضعیت اولیهی خود بازمیگردد. اگر بارگذاری به نحوی باشد که منجر به بروز تنشهایی حتی به میزان بسیار اندک بیشتر از در ماده گردد، مجموعه تغییرشکل قابلتوجهی از خود نشان میدهد. به‌عبارت‌دیگر، ماده تحت این شرایط تسلیم میشود. حد تنش که مرز بین رفتار کشسانی و رفتار خمیری ماده است، تنش تسلیم مصالح نامیده میشود. کاربرد نام خمیری کامل به علت تغییر نکردن تراز تنش تسلیم و ثابت ماندن آن در ماده است. چنانچه بعد از شرایط تسلیم مجموعه در نقطهای نظیر B باربرداری شود، یک مقدار کرنش دائمی معادل پارهخط OC در ماده باقی خواهد ماند که به آن کرنش دائمی یا ماندگار گویند.

شکل 3-32: نمودار تنش-کرنش ماده در حالت یکبعدی و منطبق بر الگوی کشسان-خمیری کامل (هاول، 2004)

3-9-3- الگوی رفتاری کشسان- خمیری
در الگوی کشسان- خمیری کامل به‌محض رسیدن تنش به مقدار تسلیم تغییرشکل زیادی با افزایش اندک تنش، مشاهده میشود. ولی در الگوی کشسان- خمیری با دیدی واقعیتر این فرض صادق نبوده و میتوان یک منحنی رفتاری مطابق شکل 3-33 را برای آن در نظر گرفت. در این حالت رفتار ماده تا نقطهی A به‌صورت کشسان و خطی بوده و بعدازآن چنانچه کرنش تا حد نقطهی F افزایش یابد، تنش به میزان (معادلهی نقطهی B در شکل) خواهد رسید. در باربرداری، کرنشی معادل پارهخط OC در آن باقی خواهد ماند. اگر از نقطهی C مجموعه مجدداً بارگذاری شود، رفتار ماده تا حد تنش به‌صورت کشسان و خطی بوده و سپس از یک رابطهی غیرخطی تبعیت میکند. درواقع در این حالت، پس از یک دورهی باربرداری و بارگذاری مجدد، تنش تسلیم ماده از به رسیده و جسم سختتر گردیده است.
به اینگونه مصالح که حد تسلیم آنها ضمن افزایش کرنش، افزایش مییابد و اثر آن در باربرداری و بارگذاریهای مجدد کاملاً محسوس میباشد، کشسان- خمیری با سختشدگی میگویند. در یک حالت عمومی، رفتار خمیری کامل ماده، حد بین سختشدگی و نرمشدگی آن است.

شکل 3-33: نمودار تنش- کرنش ماده در حالت یکبعدی و منطبق بر رفتار کشسان- خمیری با سختشدگی (هاول، 2004)

3-9-4- الگوهای گرانرو کشسان
درصورتی‌که آثار زمان در رفتار ماده در یک بارگذاری محسوس باشد، حتماً به‌گونه‌ای لازم است وجود یک یا چند میراگر را در رفتار مصنوعی مواد در نظر گرفت. در این راستا الگوهای متعددی پیشنهاد شدهاند که برخی از آنها ارائه میشوند.

3-9-4-1- الگوی ماکسول
الگوی ماکسول مطابق شکل 3-34 از ترکیب سری فنر و میراگر حاصل میشود. در این الگو، کل تغییرمکان مجموعه عبارت است از مجموع تغییرمکان فنر و تغییرمکان میراگر.
(3-13)
(3-14)
(3-15)
در این روابط: کرنش کل مجموعه، کرنش فنر، کرنش میراگر، تنش کل مجموعه، تنش در فنر، تنش در میراگر و خاصیت ارتجاعی فنر است.

شکل 3-34: الگوی رفتاری گرانرو کشسان ماکسول (هاول، 2004)
با توجه به تعریف ضریب میرایی یا لزجت () به‌صورت نسبت تنش به آهنگ تغییرات کرنش، میتوان نتیجه گرفت:
(3-16)
اگر از رابطهی 3-13 نسبت به زمان مشتق گرفته شود، میتوان نوشت:

پایان نامه
Previous Entries مقاله درمورد فرایند ترکیب Next Entries مقاله درمورد خزش، تنش-، گرانرو