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01.07.2015 | Original Paper | Ausgabe 4/2015

Rock Mechanics and Rock Engineering 4/2015

Fracture Toughness Effects in Geomaterial Solid Particle Erosion

Zeitschrift:
Rock Mechanics and Rock Engineering > Ausgabe 4/2015
Autor:
A. W. Momber

Abstract

Effects of fracture toughness on the impingement of geomaterials (rocks and cementitious composites) by quartz particles at velocities between 40 and 140 m/s are investigated experimentally and analytically. If schist is excluded, relative erosion (in g/g) reduces according to a reverse power function if fracture toughness increases. The power exponent depends on impingement velocity, and it varies between −0.64 and −1.33. Lateral cracking erosion models, developed for brittle materials, deliver too high values for relative material erosion. This discrepancy is partly attributed to stress rate effects. Effects of R-curve behavior seem to be marginal. An integral approach E R = K 1 · E R P  + (1 − K 1) · E R L is introduced, which considers erosion due to plastic deformation and lateral cracking. A transition function \(K_{1} = f\left( {K_{\text{Ic}}^{12/4} /\sigma_{\text{C}}^{23/4} } \right)\) is suggested in order to classify geomaterials according to their response against solid particle impingement.

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