Изучение свойств морского льда. Сопротивление льда разрушению при сжатии, страница 4

Эффект времени

При очень высоких скоростях нагружения, поведение морского льда описывается линейной эластичной фазой. Это могут быть быстрые изменения напряжения или скорости деформации, применяемые к образцам. Однако, при устойчивых нагрузках в более низких скоростях, поведение становится неупругим. Следовательно, механические свойства зависят от скорости нагружения.

При устойчивых нагрузках, морской лед проявляет ползучесть. Типичное изменение деформации ползучести со временем показывается на рис 4. Скорость деформации, которая изменяется со временем и уровнем напряжений, является строго нелинейной, подразумевая, что морской лед является нелинейным упруго эластичным материалом.

Механические свойства можно разделить на краткосрочные и длительные свойства. Для первого случая, эластичные и механические свойства связаны со скоростью нагружения. Для описания длительных свойств, необходимо рассматривать нелинейные реологические модели.

Рис. 4. Зависимость деформации ползучести от времени при одноосном

сжатии при постоянном напряжении.

4. Сопротивление льда разрушению при сжатии.

Анализ литературы показал, что на сопротивление льда разрушению оказывает влияние такое большое количество факторов, лед оказывается настолько «чувствительным» к изменению условий, предшествующих и сопутствующих его деформированию и разрушению, а трудности наблюдений и достоверных измерений быстропротекающих процессов так велики, что данные опытов одной серии иногда кажутся совершенно не связанными между собой и даже противоречивыми. Это становится еще более заметным, когда сравниваются результаты экспериментов, проведенных разными исследователями (см.          табл. 1).

Как показал анализ литературы, на сопротивление льда разрушению оказывают влияние следующие факторы:

• температура;

• плотность;

• форма, размеры и соотношение размеров образцов;

• условия в системе «опорная грань-плита пресса»;

• режим нагружения при испытаниях.

Очевидно, что три последних фактора характеризуют условия испытаний. Следует отметить, что существующая в настоящее время методика проведения экспериментов по определению сопротивления льда разрушению не регламентирует все условия испытаний и способ обработки результатов. Вероятно, такое положение является одной из причин несопоставимости результатов экспериментов и их противоречивости.

Температура. Исследования по влиянию температуры на сопротивление разрушению проводились И.Г. Петровым, Н.С. Песчанским , М.И. Сериковым , В.В. Лавровым  и рядом зарубежных ученых. Следует отметить большой вклад И.Г. Петрова по обзору и обобщению исследований, посвященных влиянию температуры на сопротивление разрушению морского льда. Все исследования, посвященные этой проблеме, отмечают увеличение сопротивления разрушению с понижением температуры (рис. 5а). При этом максимальное сопротивление при одной и той же температуре может отличаться от минимального в 2,5 раза и больше.

Плотность. Плотность льда определяется путем деления массы образца на его объем. Строго говоря, плотность, определенная таким образом, не является плотностью льда, так как масса образца складывается из массы льда, массы воздуха в кристаллах и массы жидкой фазы, находящейся в межкристаллических пространствах. Следовательно, когда исследуется влияние плотности на сопротивление разрушению, то, по сути дела, исследуется влияние содержания жидкой и воздушных фаз на эту характеристику с использованием параметра, косвенно характеризующего наличие всех трех фаз в образце.