Politechnika Opolska  |   Wydział Budownictwa
Start
Działalność
Laboratorium
Seminarium
Studenci
Pracownicy
Kontakt
Współpraca
Leonardo da Vinci
KIB o/PAN w Katowicach
Przyrodnicy Śląscy
Ochrona zabytków
Start arrow Działalność katedry arrow Ważniejsze publikacje arrow Monografie

Narastanie uszkodzeń w materiałach porowatych

    Narastanie uszkodzeń w materiałach porowatych Narastanie uszkodzeń w materiałach porowatych

    STRESZCZENIE

       W Przedstawione opracowanie dotyczy opisu narastania mikrouszkodzeń w strukturze materiału kapilarno-porowatego, które są wywołane przez naprężenia i przepływy masy. Podstawowym celem pracy było zbudowanie spójnego termomechanicznego modelu procesu z wykorzystaniem teorii ośrodka wieloskładnikowego z wyróżnionym komponentem oraz metod kontynualnej mechaniki uszkodzenia.
       Prezentowany model ośrodka skonstruowano z myślą o zastosowaniu go przy opisie zagadnień istotnych z punktu widzenia inżynierii lądowej, a dotyczących przewidywania trwałości szeroko rozpowszechnionych w budownictwie materiałów kapilarno-porowatych. Narastanie uszkodzeń w strukturze tej klasy materiałów rozpatrzono w aspekcie procesów mechanicznych i szeroko rozumianych procesów transportu masy. W pierwszym przypadku uwzględniono przede wszystkim konsekwencje wynikające z kruchych właściwości materiałów kapilarno-porowatych, a mianowicie zjawiska "uprzywilejowanego" narastania mikrospękań w kierunkach prostopadłych do kierunków głównych naprężeń rozciągających. W drugim przypadku wzięto pod uwagę zniszczenia materiału pojawiające się w następstwie procesów skurczu, korozji i zjawisk powierzchniowych - utożsamianych w pracy z efektem Rebindera. W każdym z przypadków zaproponowano opis zniszczeń materiałowych z wykorzystaniem funkcjonujących w mechanice uszkodzenia lokalnych - anizotropowych i izotropowych - oraz globalnych miar uszkodzenia.
       Z uwagi na małą ilość danych w dostępnej literaturze, dotyczących wpływu zjawisk powierzchniowych na cechy wytrzymałościowe materiałów kapilarno-porowatych, przeprowadzono w ramach pracy własne badania eksperymentalne. Porównano w nich wytrzymałości zaprawy cementowej na rozciąganie i ściskanie dla próbek nasączonych naftą i wodą oraz próbek będących w stanie powietrzno-suchym. W wyniku uzyskanych rezultatów stwierdzono, że przy pełnym nasączeniu zaprawy wodą, obciążenie niszczące próbki jest rzędu 40-60% w stosunku do próbek suchych i nasączonych naftą. Wytłumaczenia powstałych rozbieżności należy szukać w występowaniu tzw. ciśnień rozklinowujących na granicy fazy ciekłej ze stałą. Poziom tych naprężeń zależy oczywiście od własności cieczy. Z uwagi na rozbudowaną powierzchnię wewnętrzną w materiałach kapilarno-porowatych udział ciśnień rozklinowujących na osłabienie struktury materiału ma zasadniczy wpływ, co w skali makroskopowej obserwowane jest pod nazwą efektu Rebindera.
       Przedstawione wyniki tłumaczą zasadność wprowadzenia w rozważaniach termomechanicznych tzw. składników powierzchniowych. Działanie takie uzasadniono odmiennymi cechami fizycznymi cieczy zaadsorbowanej na powierzchni wewnętrznej materiału w stosunku do cieczy objętościowej. W dalszej części pracy zaproponowano dla rozważanego procesu termomechanicznego narastania uszkodzeń w ośrodkach porowatych, rozszerzone o składniki powierzchniowe, globalne bilanse masy, pędu, energii oraz nierówność wzrostu entropii. Na ich podstawie uzyskano nierówność rezydualną, która pozwoliła na sprecyzowanie: związków fizycznych na entropię, naprężenia, odkształcenia, potencjał chemiczny składników ośrodka oraz podanie ograniczeń stawianych na proces ewolucji uszkodzenia. Przedstawione w pracy rozważania zawężono do modelu ciała przejawiającego cechy jednocześnie kruche i lepkosprężyste.
       Z wykorzystaniem otrzymanych z rozważań termomechanicznych równań konstytutywnych, łączących stan naprężenia ze stanem odkształcenia, sformułowano zadanie początkowo-brzegowe w ośrodku lepkosprężystym z udziałem kruchych uszkodzeń i transportu masy. Pozwoliło ono na konstrukcję ogólnych twierdzeń mechaniki (twierdzenia o wzajemności i twierdzenia wariacyjnego), a w dalszej kolejności równań MES.
       Pracę zakończono dwoma przykładami obliczeniowymi o charakterze aplikacyjnym. W pierwszym przypadku analizowano rozwój uszkodzeń w betonie, w płaskim stanie naprężenia, poddanego niskocyklicznemu obciążeniu. W drugim przypadku badano rozwój uszkodzeń w betonie wywołanych naprężeniami skurczowymi sprowadzając zagadnienie mechaniczne do nieograniczonej, nieważkiej warstwy. Do rozwiązania obydwóch zagadnień wykorzystano własne procedury numeryczne napisane w środowisku Matlaba.