Tri-axial tests for brittle materials: motivation, technique, results

• Autorzy: Litewka A. , Szojda L.

Warianty tytułu

PL

Badanie materiałów kruchych w stanie trójosiowym: motywacja, technika badań, wyniki

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The aim of the paper is to explain the experimental technique used in tri-axial material tests and to supply new and more general experimental data on deformability and fracture of ceramics and cementitious composites. Such experimental data are necessary to formulate theoretical models capable to describe the mechanical behaviour of brittle rocklike materials. The program of experiments consisted of two different tests performed under tri-axial loading and also of uni-axial compression that supplied preliminary data necessary to calibrate the material. The second objective of this study is to present the potentialities of own phenomenological model based on continuum damage mechanics and on theory of tensor function representation that can be used to describe the response of brittle rock-like material subjected to tri-axial state of stress.

PL

Postęp w mechanice materiałów wymaga szerokich, wzajemnie ze sobą powiązanych teoretycznych i doświadczalnych badań właściwości mechanicznych materiałów konstrukcyjnych. Jest to konieczne szczególnie wtedy gdy stosowane są materiały nowe a także wtedy, gdy istnieje potrzeba opracowania zaawansowanego modelu teoretycznego niezbędnego do opisu procesów fizycznych zachodzących w materiale poddanym złożonemu stanowi naprężenia. Celem tej pracy jest uzyskanie nowych, ogólniejszych danych doświadczalnych dla kruchych materiałów badanych w trójosiowym stanie naprężenia oraz przedstawienie zastosowanej techniki badawczej. W tym celu cylindryczne próbki cegły i zaprawy przebadane zostały przy zastosowaniu dwóch różnych schematów obciążenia trójosiowego a także przy jednoosiowym ściskaniu niezbędnym dla uzyskania danych wstępnych służących do cechowania badanych materiałów. Drugim celem pracy jest zaprezentowanie możliwości zastosowania własnego modelu fenomenologicznego bazującego na mechanice uszkodzenia materiałów oraz na teorii reprezentacji funkcji tensorowych. Porównanie wyników teoretycznych otrzymanych przy użyciu tego modelu z rezultatami badań wykazało zadowalającą ich zgodność.

Słowa kluczowe

EN

experimental methods; triaxial tests; rock-like brittle materials; stresses at fracture

PL

materiały konstrukcyjne; materiały kruche; mechanika materiałów

• Wydawca: Oficyna Wydawnicza Uniwersytetu Zielonogórskiego
• Czasopismo: Civil and Environmental Engineering Reports
• Rocznik: 2005
• Tom: No. 1
• Strony: 169--188
• Opis fizyczny: Bibliogr. 39 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Litewka A.

• Universidade da Beira Interior, Departamento de Engenharia Civil, Covilha, Portugal

autor

Szojda L.

• Silesian University of Technology, Department of Civil Engineering, Gliwice, Poland

Bibliografia

• 1. Baikov V.N.: Particular features of concrete fracture due to its orthotropic deformation, Beton Zelezobeton, 9 (1990) 19-21, (in Russian).
• 2. Basista M.: Micromechanical and lattice modeling of brittle damage, Warsaw, I.F.T.R. Reports, 3/2001.
• 3. Bridgman P.W.: Studies in large plastic flow and fracture, New York, McGraw Hill 1952.
• 4. Betten J.: Anwendungen von Tensorfunktionen in der Kontinuumsmechanik anisotroper Materialen, Zeitschrift für Angewandte Mathematik und Mechanik, 78, 8 (1998) 507-521.
• 5. Boehler J.P.: Applications of tensor functions in solid mechanics, Wien, Springer-Verlag 1987.
• 6. Bogucka J., Debinski J., Litewka A., Mesquita A.B.: Experimental verification of mathematical model for oriented damage of concrete, Mecânica Experimental, 3 (1998) 11-18.
• 7. Carvalho F.C.S., Chen C.N., Labuz J.F.: Measurements of effective elastic modulus and microcrack density, International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, 34, 3-4 (1997) paper nr. 043.
• 8. Chen W.F.: Plasticity of reinforced concrete, McGraw-Hill, New York 1982.
• 9. Cristescu N.D., Hunsche U.: Time effects in rock mechanics, John Wiley & Sons, Chichester 1998.
• 10. Derski W., Izbicki R., Kisiel I., Mróz Z.: Rock and soil mechanics, Amsterdam-Warsaw, Elsevier-P.W.N. 1989.
• 11. Dyson B.F., Loveday M.S.: Creep fracture in Nimonic 80A under triaxial tensile stressing, in: Creep in Structures, eds. A.R.S. Ponter, D.R. Hayhurst, Berlin, Springer Verlag 1981, 406-421.
• 12. Ehm C., Schneider U.: Biaxial testing of reactor concrete, in: Transactions of 8th International Conference on Structural Mechanics in Reactor Technology, Vol. H, North Holland, Brusselles 1985, 349-354.
• 13. Goodman R.E.: Introduction to rock mechanics, New York, John Wiley & Sons 1989.
• 14. Green S.J., Swanson S.R.: Static constitutive relations for concrete, AFWLTR-72-244, U.S. Air Force Weapon Lab., Kirtland A.F. Base, NM. 1973.
• 15. Halm D., Dragon A.: An anisotropic model of damage and frictional sliding for brittle materials, European J. of Mech., A/Solids, 17, 3 (1998) 439-460.
• 16. Hayhurst D.R., Felce I.D.: Creep rupture under tri-axial tension, Engineering Fracture Mechanics, 25 (1986) 645-664.
• 17. Hayhurst D.R., Leckie F.A.: Design of notched bars for creep-rupture testing under tri-axial stress, Int. J. of Mech. Sciences, 19 (1977) 147-159.
• 18. Karpenko N.J.: On formulation of general orthotropic model of concrete deformability, Stroitielnaja Mekhanica i Rascot Sooruzhenij, 2 (1987) 31-36, (in Russian).
• 19. Kuna-Ciskał H., Skrzypek J.: CDM based modeling of damage and fracture mechanisms in concrete under tension and compression, Engineering Fracture Mechanics, 18, (2002) 681-698.
• 20. Kupfer H.: Das Verhalten des Betons unter mehrachsiger Kurzzeitbelastung unter besonderer Berucksichtigung der zweiachsiger Beanspruchung, Deutcher Ausschluss fur Stahlbeton, 229 (1973) 1-105.
• 21. Kupfer H., Zegler C.: Bau un Erprobung einer Versuchseinrichtung fur zweiachsige Belastung, Deutcher Ausschluss fur Stahlbeton, 229 (1973) 107-131.
• 22. Ligeza W.: Experimental stress-strain relationship for cement concrete under biaxial compression, in: Proceedings of the International Conference on Concrete and Concrete Structures, 28-29 April 1999, Žilina, 47-54.
• 23. Litewka A.: Effective material constants for orthotropically damaged elastic solid, Archives of Mechanics, 37, 6 (1985) 631-642.
• 24. Litewka A., Bogucka J., Debinski J.: Deformation induced anisotropy of concrete, Archives of Civil Engineering, 42, 4 (1996) 425-445.
• 25. Litewka A., Bogucka J., Debinski J.: Anisotropic behaviour of damaged concrete and fibre reinforced concrete, in: Anisotropic Behaviour of Damaged Materials, eds., J. Skrzypek, A. Ganczarski, Berlin-Heidelberg, Springer Verlag 2003, 185-219.
• 26. Litewka A., Debinski J.: Damage-induced anisotropy and deformability of brittle rock-like materials, Key Engineering Materials, 230-232, (2002) 505-508.
• 27. Litewka A., Debinski J.: Load-induced oriented damage and anisotropy of rock-like materials, Int. Journal of Plasticity, 19, (2003) 2171-2191.
• 28. Litewka A., Lis Z.: Creep rupture of metals under tri-axial state of stress, in: Creep in Structures, ed. M. _yczkowski, Berlin-Wien, Springer Verlag 1991, 371-378.
• 29. Majewski S.: Mechanics of structural concrete in terms of elasto-plasticity, Gliwice, Wydawnictwo Politechniki Slaskiej 2003, (in Polish).
• 30. Mitrofanov V.P., Dovzenko O.A.: Development of deformation induced anisotropy of concrete under uni-axial compression, Beton Zelezobeton, 10 (1991) 9-11, (in Russian).
• 31. Murakami S.: Progress in continuum damage mechanics, J.S.M.E. International Journal, 30, (1987) 701-710.
• 32. Murakami S., Kamiya K.: Constitutive and damage evolution equations of elastic-brittle materials based on irreversible thermodynamics, International Journal of Mechanical Sciences, 39, 4 (1997) 473-486.
• 33. Neville A.M.: Properties of concrete, Harlow, Longman 1995.
• 34. Rummel F.: Brittle fracture of rocks, in: Rock mechanics, Ed.: L. Muller, Wien, Springer-Verlag 1972, 85-94.
• 35. Szojda L.: Possibilities of numerical analysis of masonry structure, Proceedings of XLVII Scientific Conference, 16-21 September 2001, Opole-Krynica, Vol. 3, 385-392, (in Polish).
• 36. Szojda L.: Analysis of interaction of masonry structures and deformable foundation, PhD Thesis, Silesian University of Technology, Gliwice 2001, (in Polish).
• 37. Szojda L., Majewski S.: Numerical simulation of complex stress-state in masonry structure, Proceedings of the Sixth International Masonry Conference, London, 4-6 November 2002, 471-476.
• 38. Thienel K.-Ch., Rostasy F.S., Becker G.: Strength and deformation of sealed HTR-concrete under bi-axial stress at elevated temperature, in: Transactions of 11th Int. Conference on Structural Mechanics in Reactor Technology, Vol. H, Atomic Energy Society of Japan, Tokyo 1991, 73-78.
• 39. Yazdani S., Karnawat S.: A constitutive theory for brittle solids with application to concrete, Int. Journal of Damage Mechanics, 5, 1 (1996) 93-110.