[논문]스플릿 흡킨슨 바(SHPB)를 이용한 이방성 화강암의 동적파괴거동 연구

최미진; 조상호; 양형식

스플릿 흡킨슨 바(SHPB)를 이용한 이방성 화강암의 동적파괴거동 연구
A Study on dynamic Fracturing Behavior of Anisotropic Granite by SHPB Test 원문보기

터널과 지하공간: 한국암반공학회지 = Tunnel and underground space, v.18 no.3 = no.74, 2008년, pp.214 - 218

최미진 (전남대학교 대학원 지구시스템공학과) , 조상호 (전북대학교 에너지자원공학과) , 양형식 (전남대학교 건설지구환경공학과)

초록
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본 연구에서는 SHPB(Split Hopkinson Pressure Bar)를 이용하여 변형률 속도에 따른 이방성 화강암의 동적파괴 과정을 조사하였다. 실험결과 변형률 속도가 증가할수록 에너지 흡수량 및 최대응력이 증가하였다. 최대응력은 모든 방향에서 변형률 속도에 의존적이나 역학적 이방성에 민감하지는 않았다. 변형률 속도가 증가할수록 탄성파속도가 많이 감쇠되고, 모든 방향에서 변형률 속도에 의존적이며 강한 암석일수록 감쇠가 빠르게 일어났다.

Abstract ▼ AI-Helper

Dynamic fracturing of anisotropic granite was investigated by SHPB (Split Hopkinson Pressure Bar). Energy absorption during the test and maximum stress were increased as strain rate increased. Maximum stresses in every direction were dependent on the strain rate but not so sensitive to anisotropy. Elastic wave velocity was decreased as strain rate increased and dependent on strain rate in every direction. Especially, elastic wave velocity decreased more rapidly in a strong rock.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 SHPB를 이용하여 변형률 속도에 따른 동적응력-변형률 곡선, 탄성파속도의 감쇠정도 및 최 대응력의 변화를 조사하였다.
본 연구에서는 파형 성형 장치를 부착한 SHPB 시험을 실시하였다. SHPB의 이론적인 토대는 일차원 응력 파의 전파이론이다.

제안 방법

본 연구에서는 역학적 이방성을 보이는 화강암 시편에 대하여 충격속도 5〜25 psi, 변형률 속도 3.71 ~ 15.17 m/s의 조건으로 SHPB 실험을 실시하여 동적응력-변형률 곡선, 탄성파속도의 감쇠정도, 최대응력의 변화를 고찰하였다

대상 데이터

시료로는 황등화강암 블록의 X, Y, Z방향에서 지름 32 mm로 각 6개씩 총 18개의 시료를 제작하였다. 각시 편의 편평도는 0.
동적 응력이 평형상태인 것을 간주한다. 입사 바의 길이는 2, 600 mm, 전달 바의 길이는 1, 600 mm, 입사 바 및 전달 바의 지름은 37.67 mm이다. 충격속도는 5〜25 psi로 하였으며 이 때 얻어진 변형률 속도는 3.

이론/모형

동하중 조건하의 암석강도 증가현상은 초기 Rii】나iart (1965)의 연구 이래 알려진 것으로서 암석의 동적 인장강도를 결정하기 위하여 뇌관에 의해 발생된 응력 파의 반사를 이용하였다. 그 후 넓은 범위의 변형률 속도에 대한 암석의 동적강도를 측정하기 위하여 여러 가지 방법들이 시도되었다.

성능/효과

1) 변형률 속도가 증가할수록 시료 파괴과정에서 흡수한 에너지가 증가한다.
2) 변형률 속도가 증가할수록 최대응력은 증가하며 모든 방향에서 변형률 속도에 의존적이나 암석의 역학적 이방성에 민감하지는 않았다.
3) 각 방향에서 획득한 시료의 SHPB 실험 전 후 탄성 파속 도는 변형률 속도가 증가할수록 감쇠정도가 크고 모든 방향에서 변형률 속도에 의존적이며 강한 암석일수록 감쇠가 빠르게 일어남을 확인할 수 있었다.
각 방향에서 획득한 시료의 SHPB 실험 전과 후의 탄성파 속도의 감쇠정도는 충격파 속도가 증가할수록 증가하며, 모든 방향에서 충격파 속도에 의존적임을 확인할 수 있다. 그러나 12 m/s 이상에서는 X, Z 방향의 탄성 파속도 감쇠가 다른 방향보다 크다는 것을 확인 할 수 있다.
X방향 샘플의 경우 재하방향과 주균열 방향이 수평이고, 이는 균열을 분리시키기가 용이하게 되어 Y, Z방향의 응력보다 더 작다. 변형률 속도가 증가할수록 최 대응력은 증가하며 모든 방향에서 변형률 속도에 의존적이라는 것을 확인할 수 있다 그러나 최대응력은 암석의 역학적 이방성에 민감하지 않음을 확인할 수 있었다.

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