Теоретические и экспериментальные исследования удельной энергии механического разрушения морского льда, страница 4

Процесс циклического разрушения льда и передачи нагрузки на сооружение будет происходить непрерывно до тех пор, пока запас кинетической энергии ледяного поля не станет меньше количества энергии, необходимой на разрушение очередного объёма льда. Это означает, что процесс разрушения льда на контакте ледяного поля с поверхностью опоры сооружения прекратится и оно остановится в стадии реализации одного из этапов разрушения льда в том цикле разрушения льда, который станет последним в этом процессе. Это вполне логическое обоснованное описание механизма разрушения морского льда при внедрении в его массив твёрдого тела хорошо согласуется с результатами исследования по изучению удельной энергии разрушения льда при динамическом внедрении индентора в массив горной породы [10].

математическая модель разрушения льда

При внедрении  опоры сооружения в ледяное поле

Математическая модель разрушения льда при динамическом внедрении в него твёрдого тела основывается на описании физических явлений, происходящих в процессе разрушении льда при внедрении в него опоры сооружения.

На основании изложенного в предыдущем разделе можно предположить, что процессы разрушения льда под поверхностью внедряющегося в его массив твёрдого тела аналогичны процессам, происходящим при внедрении твёрдой сферы в поверхность полупространства. При этом процесс и картина разрушения при динамическом внедрении сферы в полупространство из  хрупкого материала [12] аналогичны порядку развития разрушений при статическом вдавливании плоского штампа в полупространство из малопластичного материала [8]. Следовательно, в случае внедрения опоры сооружения в морской лёд для математического описания этого процесса и получения количественных характеристик затрат энергии на разрушение, можно применить подходы, использованные при решении указанных задач.

Исходя из экспериментально установленного факта, свидетельствующего о том, что процесс преобразования кинетической энергии ледяного поля в энергию разрушения льда (в энергию образования новых поверхностей) имеет циклический характер (Рис. 1), логично считать, что для описания всего процесса достаточно дать математическое описание одного полного цикла разрушения. Учитывая, что до момента хрупкого разрушения очередного слоя льда, понимаемого феноменологически как некоторый мгновенный разрыв напряжений и перемещений не на условной, а на физически реальной поверхности, все происходящие в нём сложные физические процессы, включая накопление микротрещин, следует рассматривать как единый процесс достижения слоем льда критического напряжённого состояния. В качестве критериальной величины рассматриваемого в феноменологической постановке явления разрушения льда, как квазидинамического процесса, принимается интегральная энергетическая характеристика – удельная энергия механического разрушения льда. Основной целью разработки данной математической модели является получение обоснованного математического решения для вычисления этой энергетической характеристики прочности морского льда и выбора метода её экспериментального определения .

Основные допущения, принятые в модели:

1. Монолит льда, имеющий систему радиальных трещин, считается не разрушенным, если он выдерживает сжимающую нагрузку на контакте с поверхностью опоры (или с поверхностью спрессованных продуктов разрушения льда), препятствуя продвижению ледяного поля вперёд. Всесторонне сжатый элементарный объём массива и отдельных блоков льда, имеющего естественную структуру, может находиться только в двух состояниях: не разрушенном (состояние 0) и раздробленном (состояние Д).

2. В процессе нагружения лёд, имеющий естественную структуру (находящийся в 0 состоянии), остаётся упругим вплоть до момента его хрупкого разрушения – раздробления (состояние Д) и его деформации во всех направлениях отвечают условиям неразрывности (совместности);

3. Переход из состояния 0 в состояние Д происходит скачком перемещения некоторой поверхности разрушения в физическом пространстве, которая является поверхностью сильного разрыва для напряжений и деформаций и которая перемещается в пространстве, отделяя не разрушенный лёд от раздробленного;