同步化聲光非破壞檢測研探類岩材料於貫切破壞之群刀效應

Automatic Synchronization of Acoustic and Optic Nondestructive Techniques to Investigate the Group-cutter Effect during Indentation Fracture of Rock-like Material

巫奇穎(Chi-Ying Wu)

指導教授 ： 陳立憲

國立臺北科技大學/工程學院/土木與防災研究所/碩士(2009年)

摘要

囿於台灣地理環境之侷促，使得地下空間之開發與使用方興未艾，因此各項地下掘削開挖工程案例日增，但機械式開挖掘削機制之瞭解卻仍渾濛。回顧機械式隧道掘進工程，考量切削刀頭與岩體間互制行為乃至破壞機制之極近域場研探甚少，本研究乃以雙刀式正向楔形貫切破壞試驗（normal wedge indentation fracture test）簡化模擬實務鑽掘工程之多刀楔切削行為，藉以探討機械開挖之接觸破壞模式，並配搭複合式非破壞檢測：(1) 光學電子點紋干涉術（electronic speckle pattern interferometry, ESPI）及(2) 聲射（acoustic emission, AE）技術；進而以LabVIEW程式建構同步化（synchronization）自動數據擷取，以探究此項接觸互制行為之叢聚、初裂與裂衍等系列破壞特徵。
本研究於雙刀貫壓位置下方某深度，採用裂縫開口位移（crack opening displacement, COD）作為回饋控制訊號，求得完整峰前、峰後之加載歷程，以進行相關破壞演化之觀察。受貫壓之類岩（rock-like）試體以水泥砂漿行之。於無圍壓狀態下，變化雙刀間距作為主要變數，以理析開挖機具群刀互制之力學行為；進而探求群刀效應之臨界間距（critical space）。因電子點紋干涉術具高精度（微米）且非接觸式之即時、全域性觀測等優點，並配合二者耦合可同步進行另一非破壞聲射技術供檢驗材料內部微震裂源之定位，相關貫切破壞試驗之定量觀測。本研究所得結果計可研探：
(1) 峰前延性破壞之彈-塑性發展及脆性破壞時機與方位，亦即峰前變形連續（displacement continuous）之彈-塑性界面往臨界發展趨勢；及變形不連續（displacement discontinuous）之初裂與裂縫演化。
(2) 峰後脆性破壞之裂尖微塑區（process zone）發展。
(3) 求得群刀效應之相對臨界刀距約為3.0∼3.2之間。
最後綜合實驗、理論及分離元素法之數值解析作一比對，以驗證同步化聲光非破壞檢測之適確性，並資以求解雙刀互制效應之破壞機制。

關鍵字

電子點紋干涉術 ； 聲射 ； 非破壞檢測 ； 同步化 ； 雙刀貫切 ； 臨界間距 ； 裂端微塑區

並列摘要

無資料

並列關鍵字

Electronic speckle pattern interferometry ； Acoustic emission ； Nondestructive testing ； Synchronization ； Double-indenters ； Critical space ； Process zone

參考文獻

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