پیشگفتار
مکانیک شکست شاخه ای از مکانیک جامدات است که به بررسی با چگونگی گسیختگی اجسام در حین بارگذاری می پردازد. در بسیاری از موارد، اجسام قبل از رسیدن به نقطه تنش تسلیم دچار شکست یا گسیختگی می شوند. این امر محققان متعددی را سال ها به خود مشغول کرد. اینگلیس (۱۹۱۳ ,Inglis) از اولین افرادی بود که در ظهور علم مکانیک شکست با کمک بررسی پدیده تمرکز تنش، گام های موثری برداشت. وی روشیبرای تحلیل تنش در اطراف یک سوراخ بیضی شکل ارائه کرد. سپس گریفیث (۱۹۲۰ ,Griffith) با استفاده از قانون اول ترمودینامیک توانست تئوری شکست را بر اساس یک تعادل ساده انرژی پایه گذاری کند. بر اساس این تئوری، شرط ناپایداری و رشد ترک و رسیدن به شکست در یک جسم، تغییر در انرژی کرنشی حاصل از رشد ترک برای غلبه بر انرژی سطحی ماده است محققان بسیاری پس از گریفیث از ایده او استفاده کرده و مسائل متنوعی را حل کردند، اما همچنان جنبه های ناشناخته فراوانی در این مبحث از مکانیک جامدات باقی مانده بود، وسترکارد ( Westergaard ) با کمک ریاضیات عالی مهندسی توابعی به منظور تشریح توزیع تنش در اطراف ترک پیشنهاد داد. ایروین (۱۹۴۸ ,Irwin) گام بلندتر و البته متفاوتی را با بیان مفهوم جدیدی به نام نرخ رها شدن انرژی شکست، ضریب شدت تنش و چقرمگی برداشت. وقوع جنگ جهانی دوم و رقابت نظامی بین کشورها، باعث شد تا زمینه تحقیقات گسترده ای در مبحث مکانیک شکست فراهم شود.
امروزه مبحث مکانیک شکست علاوه بر رشته مهندسی مکانیک، جایگاه ویژه ای در رشته مهندسی معدن، عمران و ژئوتکنیک کسب کرده است. تا پیش از ظهور مکانیک شکست در مهندسی معدن (شاخه مکانیک سنگ) تعیین مرز پایداری و با ناپایداری سازه های سنگی منوط به آگاهی از تنش تسلیم و یا کرنش های مجاز بود. البته این روش ها امروزه نیز بکار می روند اما ناهمگنی و وجود ناپیوستگی ها در ساختار سنگها، باعث شده تا در بسیاری از موارد شکست های ناگهانی و دور از پیش بینی رخ دهد، این امر سبب شده تا به منظور تشخیص ترکهای بحرانی در سنگ، پیش بینی رفتار در لحظه شکست و تعیین ظرفیت باربری سنگها، مکانیک شکست جای خود را در رشته مکانیک سنگ باز کند. این اتفاق در دهه ۶۰ میلادی آغاز شد و از آن زمان تاکنون تحقیقات فراوانی در این زمینه صورت گرفته است، ولی همچنان نقاط مبهمی باقی است. یکی از زمینه های کاربرد مکانیک شکست در رشته مهندسی معدن در استخراج سنگهای ساختمانی و همچنین مبحث حفاری و انفجار است.
در این کتاب در فصل اول به تاریخچه بررسی پدیده شکست توسط محققان و نقد و بررسی آنها پرداخته شده است. در فصل دوم مفاهیم اساسی در مکانیک شکست معرفی و تلاش شده تا با جزییات کامل تشریح شوند. در فصل سوم چگونگی محاسبه ضریب شدت تنش در چندین هندسه پرکاربرد در مکانیک سنگ و تونلسازی با ارائه فرمولها و نمودارهای تجربی بحث شده است. فصل چهارم پدیده تحلیل تنش در اطراف چال و همچنین تشریح فرایند جوانه زنی ترک را مورد بررسی قرار میدهد. فصل پنجم به تشریح روش های آزمایشگاهی برای اندازه گیری چقرمگی سنگها و همچنین تخمین این پارامتر با کمک مدل های تجربی اختصاص دارد. در فصل ششم نیز جنبه های کاربردی شاخه مکانیک شکست سنگ در مهندسی معدن از جمله حفاری و انفجار کنترل شده و شکافت هدفمند سنگ با استفاده از مواد منبسط شونده غیرانفجاری، معرفی شده است. تلاش شده تا منابع معتبر متعددی معرفی شوند و در پایان کتاب، پیوستی متشکل از تعدادی جدول کاربردی از مقادیر اندازه گیری شده و همچنین دو مثال آزمایشگاهی ارائه شده است.
نویسنده تلاش کرده تا ضمن گرداوری یک مجموعه سودمند از مکانیک شکست سنگ، جانب اختصار را رعایت کند. با این وجود و با توجه به گستردگی مبحث مکانیک شکست، نمی توان ادعا کرد که تمام جنبه های قابل استفاده در مکانیک سنگ پوشش داده شده است.
امید است که این کتاب به عنوان اولین منبع فارسی در زمینه مورد بحث، مورد توجه علاقمندان و محققان مکانیک سنگ باشد و بتواند سبب برداشتن گام های بزرگتری برای تالیف کتابهای غنی تر توسط صاحب نظران در این زمینه باشد.
شبیر ارشدنژاد
تابستان ۱۳۹۸
