Теоретические и экспериментальные исследования удельной энергии механического разрушения морского льда, страница 8

                                         σ_cr = (e_cr ∙2Еρ)^1/2                                     (9)

Процесс хрупкого разрушения напряжённого массива льда (этап 1) начнётся когда скорость передачи энергии станет больше скорости рассеяния энергии в массиве льда, т.е. когда скорость его материальных частиц v_no достигнет критического уровня, достаточного для появления радиальных трещин отрыва. Для хрупкого разрушения критическая скорость отрыва выражается соотношением [4]:

V_cr = σ_cr  / (Еρ)^1/2.                                       (10)

Учитывая (9), перепишем это соотношение следующим образом:

V_cr = (2e_cr )^1/2.                                           (11)

Второй этап процесса разрушения льда – крупных обломков и кристаллов – есть продолжение первичного разрушения, описанного выше. Этот процесс будет повторяться перманентно для каждого обломка и будет описываться теми же уравнениями. 

Дальнейшее разрушение массы мелкораздробленного льда (этап 3) продолжается путём дробления-смятия мелких осколков и обломков кристаллов льда и превращения их в мелкодисперсную массу. На этом этапе сопротивление внедрению опоры в массив льда может быть описано математическим выражением как давление на поверхности тела, внедряющегося в массу ледяной крошки. Ледяная крошка в данном случае рассматривается как вязкая жидкость. Движение тела в вязкой жидкости описывается формулой, связывающей давление на его поверхности с его скоростью и плотностью:

p_cr = 0,5 ρ ∙ (v_no ) ²                                              (12)

В конце третьего этапа цикла разрушения льда продукты его разрушения будут спрессованы до максимальной плотности ρ_max→1,0  и будут представлять собой жёсткую прокладку, которая передаёт нагрузку от поверхности опоры на следующий, не разрушенный слой льда. Начнётся новый цикл разрушения очередного слоя льда, который разрушится, если будут выполнены условия (9) и (11). Это произойдёт в том случае, если скорость v_no в уравнении (12)  достигнет критического уровня, достаточного для появления радиальных трещин отрыва в новом слое льда согласно (11). Таким образом, окончание последнего этапа разрушения предыдущего слоя льда  станет началом первого этапа  для  следующего слоя льда. Это будет возможно, если значение скорости в уравнении (12) будет удовлетворять условию (11) V_cr = v_no . Из этого равенства, с учётом (11) и (12) можно получить выражение, связывающее интегральную энергетическую характеристику прочности льда e_cr с величиной давления льда на его контакте с опорой гидротехнического сооружения:

p_cr = ρ_max∙ e_cr .                                  (13)

Используя полученное выражение можно перейти к расчёту ледовой нагрузки на опору сооружения.

Заключение

В результате проведённых исследований получены теоретические и экспериментальные результаты, позволяющие сделать весьма важные выводы:

1.  Удельная энергия разрушения морского льда e_cr является характеристикой его прочности и определение её численных значений не зависит от условий проведения испытаний;

2.  Численные значения удельной энергии разрушения морского льда e_cr являются функцией только его температуры, следовательно эта характеристика может рассматриваться как критериальная величина в расчётах нагрузки на сооружения;

3.  Предложенный метод применения удельной энергии разрушения морского льда e_cr может рассматриваться в качестве основания для проведения дальнейших исследований в этом направлении.

Литература