Predicción Numérica 3D del Debilitamiento Térmico del Granito bajo Tensión
Autores: Saksala, Timo
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2021
Acceso abierto
Artículo científico
2021
Predicción Numérica 3D del Debilitamiento Térmico del Granito bajo Tensión
Categoría
Ciencias Naturales y Subdisciplinas
Subcategoría
Ciencias de la Tierra y Geología
Palabras clave
Temperatura
Roca
Predicción numérica
Resistencia a la tracción
Fractura
Minerales
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 21
Citaciones: Sin citaciones
Este artículo trata sobre la predicción numérica de los efectos de la temperatura (debilitamiento) en la resistencia a la tracción de la roca granítica. Se desarrolla un enfoque numérico 3D basado en elementos finitos de discontinuidad incrustada para este propósito. El problema de valor inicial/fronterizo termo-mecánico se resuelve con un método explícito (en el tiempo) escalonado, utilizando escalado de masa extrema para aumentar el paso de tiempo crítico. La fractura de la roca se representa mediante el concepto de discontinuidad incrustada implementado aquí con elementos tetraédricos lineales (de 4 nodos). La roca se modela como un material heterogéneo elástico lineal (hasta la fractura por el criterio de Rankine) que consiste en minerales de cuarzo, feldespato y biotita. Debido a su fuerte y anómala dependencia de la temperatura al acercarse a la transición alfa-beta en el punto de Curie (~573 grados C), solo el cuarzo en la roca numérica depende de la temperatura en el enfoque actual. En la prueba numérica, la muestra se calienta volumétricamente primero a una temperatura objetivo. Luego, se realiza la prueba de tensión uniaxial en la muestra enfriada. Las simulaciones demuestran la validez del enfoque propuesto, ya que se predice con buena precisión el deterioro experimental, por agrietamiento térmicamente inducido, de la resistencia a la tracción de la roca.
Descripción
Este artículo trata sobre la predicción numérica de los efectos de la temperatura (debilitamiento) en la resistencia a la tracción de la roca granítica. Se desarrolla un enfoque numérico 3D basado en elementos finitos de discontinuidad incrustada para este propósito. El problema de valor inicial/fronterizo termo-mecánico se resuelve con un método explícito (en el tiempo) escalonado, utilizando escalado de masa extrema para aumentar el paso de tiempo crítico. La fractura de la roca se representa mediante el concepto de discontinuidad incrustada implementado aquí con elementos tetraédricos lineales (de 4 nodos). La roca se modela como un material heterogéneo elástico lineal (hasta la fractura por el criterio de Rankine) que consiste en minerales de cuarzo, feldespato y biotita. Debido a su fuerte y anómala dependencia de la temperatura al acercarse a la transición alfa-beta en el punto de Curie (~573 grados C), solo el cuarzo en la roca numérica depende de la temperatura en el enfoque actual. En la prueba numérica, la muestra se calienta volumétricamente primero a una temperatura objetivo. Luego, se realiza la prueba de tensión uniaxial en la muestra enfriada. Las simulaciones demuestran la validez del enfoque propuesto, ya que se predice con buena precisión el deterioro experimental, por agrietamiento térmicamente inducido, de la resistencia a la tracción de la roca.