Fracture Toughness Evaluation and Influence Parameter Analysis by Numerical Simulation of Brazilian Test

Brazilian시험의 수치해석 시뮬레이션을 통한 파괴인성 산정 및 영향변수 분석

The numerical simulation of Brazilian fracture toughness test is carried out using PFC code and the influence parameters are analyzed such as shape of loading plane, size of Brazilian disc and unit panicle of model, loading angle and loading rate. The flattened Brazilian disc is adopted for applying uniform load. The range of loading angle(2$\alpha$) necessary to induce the tensile crack at disc center and to obtain the load-displacement curve giving the critical load for the stable crack propagation is shown as 20$^{\circ}$~40$^{\circ}$. In condition that the loading angle is 20$^{\circ}$, the mode-I fracture toughness is evaluated almost constant in the range of particle size less than I mm and loading rate less than 0.01 mm/s. This range of influence parameters seems appropriate condition for the tensile crack initiation at disc center and the control of stable crack propagation, which can give the reliance in evaluation of fracture toughness by Brazilian test.

암석의 파괴인성 측정법으로서 최근에 연구되고 있는 Brazilian 파괴인성 시험을 PFC code를 이용하여 수치해석적으로 시뮬레이션하였다. 이로부터 가압면 형태, 시험편과 모델링 입자의 크기 관계, 가압면 각도 범위, 하중속도 등의 영향 변수에 대한 분석 및 적정 기준에 대해 검 토하였다. 균등한 하중 전달을 위해 가압면이 평면인 Brazilian 시험편을 도입하였는데, 시험편 중앙에서 초기 인장균열을 생성하고 파괴인성 산정에 필요한 안정한 인장균열 진전 시점의 임계하중이 나타나는 하중-변위 곡선을 얻을 수 있는 가압면 각도는 $20^{\circ}C$ -$40^{\circ}C$ 범위로 나타났다. 가압면 각도가 $20^{\circ}C$ 인 경우에, 디스크 시험편의 구성입자 반경이 1 mm 이하이고 하중속도가 0.01 mm/s 이하인 조건에서는 거의 일정한 파괴인성값을 얻을 수가 있었다. 가압면 각도가 $20^{\circ}C$이상이고 하중속도가 0.01 mm/s 이하는 파괴인성 측정에서 중요한 기본 조건인 시험편 중 에서의 인장균열 생성 및 이 인장균열의 안정적인 진전 제어를 위한 조건인 것으로 볼 수가 있다.