Elucidation of crack propagation mechanism in an anisotropic rock and accuracy improvement of Brazilian test

阐明各向异性岩石中的裂纹扩展机制并提高巴西试验的精度

基本信息

批准号：
20F40053
负责人：
才ノ木敦士
金额：
$ 1.28万
依托单位：
Kumamoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-11-13 至 2023-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20F40053/
关键词：
岩石異方性 X線CT マイクロスケール圧裂引張試験引張強度動的試験

项目摘要

X線CTスキャナ内部で実施した圧裂引張試験から得られたCT画像を三次元再構成し、破壊挙動を定量的に評価するために画像解析を実施した。本研究では、デジタル画像相関法を三次元画像に対して適用し、各荷重ステージ間の供試体内部の変位増分、き裂の生成・進展をマイクロスケールで三次元的に解析した。使用したソフトはオープンソースのPythonベースで記述されたthe Softwre for the Practical Analysis of Materials (SPAM)を用いた。画像解析の結果から、供試体に付加される荷重がピーク荷重の50%以下の場合は、内部に顕著なひずみの増分が生じないことが判明した。その後、荷重が増加し、ピーク荷重の70%に到達した段階で、中心付近に局所的なひずみが発生し、80%に達した時点で明らかなき裂生成を確認した。そして、最終的には内部に多数のき裂が発生し、供試体は破壊に至った。上述の画像解析から判明した破壊進展挙動を供試体のCT断面画像と比較することによって、異方性を有する岩石におけるき裂の進展挙動が明らかとなった。具体的には、今回のケースにおいては、き裂は主にCT画像の中心付近の黒色部（低密度領域）で発生し、進展する。しかしながら、き裂進展はCT画像の白色部（高密度領域）において一旦停止する。しかしながら、荷重の増加に伴い、最終的にき裂は高密度領域内に進展し、最終的な破断が生じる。つまり、異方性を有する岩石の破壊挙動において、き裂発生には低密度領域の強度が大きく関与し、最終的な破壊には高密度領域の強度が大きく影響する可能性があることが判明した。

从X射线CT扫描仪内部执行的压力环拉伸测试获得的CT图像进行了三维重构，并进行了图像分析以定量评估断裂行为。在这项研究中，将数字图像相关方法应用于三维图像，并在微观尺度上分析了每个负载阶段之间样品的增量位移和裂纹形成以及样品的发展。使用的软件是用于开源python的材料实用分析（垃圾邮件）的软件。图像分析表明，当施加到标本的载荷为峰值载荷的50％或更低时，不会发生明显的内部应变增量。之后，当负载增加并在峰值负载的70％处增加时，局部应变发生在中心附近，当载荷达到80％时，确认了清晰的裂纹形成。最后，内部形成了许多裂缝，导致样品破裂。通过比较上述图像分析与样品的CT横截面图像所揭示的断裂进程行为，揭示了各向异性岩石中的裂纹进程行为。具体而言，在这种情况下，裂纹主要发生在CT图像中心附近的黑色区域（低密度区域）并发展。但是，裂纹生长在CT图像的白色部分（高密度区域）暂时停止。但是，随着负载的增加，裂纹最终在高密度区域内发展，从而导致最后一次休息。换句话说，发现低密度区域的强度与各向异性岩石的断裂行为很大，并且高密度区域的强度可能会对最终裂缝产生重大影响。

项目成果

期刊论文数量（1）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Failure mechanism of transversely isotropic schist under Brazilian test using real-time X-ray nano tomography scanning

实时X射线纳米断层扫描巴西试验下横向各向同性片岩的破坏机制

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
Lin Bo-Wei;Tai Yi-Hsin;Lee Yang-Chun;Xing Di;Lin Hsin-Chang;Yamahara Hiroyasu;Ho Ya-Lun;Tabata Hitoshi;Daiguji Hirofumi;Delaunay Jean-Jacques;Zeinab Aliabadian
通讯作者：
Zeinab Aliabadian