4. Физическое состояние льда в элементарном объеме продуктов его разрушения в процессе продвижения ледяного поля вперёд изменяется от крупнодисперсной массы раздробленного льда (состояние Д), находящейся в условиях всестороннего равномерного сжатия, до состояния сплошной среды, состоящей из спрессованной до предельной плотности и сплавленной массы продуктов разрушения льда - ледяной крошки (состояние П). Процесс смятия обломков блоков и кристаллов льда (переход из состояния Д в состояние П) происходит скачкообразно, по мере продвижения ледяного поля вперёд и уменьшения расстояния между поверхностью опоры и поверхностью не разрушенного монолита льда.
5. В процессе уплотнения первичные продукты разрушения (обломки блоков льда и его кристаллов) в условиях всестороннего сжатия подвергаются дальнейшему разрушению – превращению в мелкодисперсную среду (ледяную крошку) путём реализации деформаций формоизменения и высвобождения упругой энергии кристаллической решётки льда.
Дальнейший путь решения рассматриваемой задачи - математические описания моделируемых явлений, которые составляются на основе материальных и энергетических балансов, а также физических законов, определяющих переходные либо иные специфические особенности процесса.
Известно, что объёмное деформирование тела связано с его фундаментальным свойством – сжимаемостью. В условиях динамического нагружения определённую роль могут иметь место массовые и инерционные силы. Но, учитывая относительно невысокую скорость внедрения поверхности опоры сооружения в кромку движущегося ледяного поля, этими силами можно пренебречь. В то же время, анализ математических зависимостей, характеризующих физическое состояние льда в процессе его квазидинамического нагружения даёт интересный вывод, согласующийся с принятым допущением о скачкообразном высвобождении упругой энергии - нарушении сплошности льда и также скачкообразном перемещении поверхности разрушения в пространстве и времени. Получить этот вывод возможно, если для первого этапа единичного цикла разрушения льда в каждой точке поверхности разрушения будут выполняться соотношения для определения динамической сжимаемости, подобные соотношениям на фронте ударной волны [3, 12].
Здесь требуется пояснить, что процесс хрупкого разрушения – это процесс разгрузки (высвобождения) запасённой в теле упругой энергии, когда значение плотности накопленной в единице объёма тела упругой энергии U превышает критическое для данного материала значение в одном из элементарных объёмов локальной области тела. Процесс хрупкого разрушения развивается практически мгновенно, и скорость протекания процесса зависит прежде всего от предела упругости материала, его температуры и скорости нагружения [3, 20]. Поверхность разрушения в этом случае – условная криволинейная поверхность в массиве материала, включающая в себя все пространственные линии, являющиеся фронтами трещин, одновременно развивающихся в этом массиве. Поверхность разрушения в рассматриваемом случае аналогична фронту разрушения, вызванного ударной волной, созданной импульсом внешней нагрузки. Это подобие подтверждается законами термодинамики, которые объясняют, что разрушение происходит в момент достижения упругой энергией U её предельной плотности в элементарном объёме материала. При этом разрушение может быть вызвано двумя причинами: потоком энергии Δu внутрь локального объёма или из него через поверхность раздела и наличием источников (стоков) энергии в самом локальном деформируемом объёме тела [9]. В случае ударного нагружения (поток энергии внутрь локального объёма) разрушение происходит путём образования трещин, отколов материала в результате интерференции прямой и отражённой волн на границах неоднородностей, дефектов и включений в материале. При этом происходит высвобождение упругой энергии волны сжатия, что также, как и разрушение упруго сжатого тела (поток энергии изнутри локального объёма) выражается в образовании новых поверхностей.
Для определения динамической сжимаемости используют уравнения законов сохранения массы и импульса (количества движения). В локальной системе декартовых координат x1, x2, n, (где n – внешняя нормаль к поверхности разрушения в рассматриваемой точке) эти уравнения можно записать так [12]:
r0 × Vn = rД × ( Vn – vnД ); (1)
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.