Камесаки К. и др. [302] провели мелкомасштабные опыты с карбамидным и пресноводным льдом. Скорости были 5; 10; 16,7 мм/с. Чтобы разрушенный лед перед индентором не мешал визуализации процесса, ледяная плита располагалась вертикально. По результатам видеосъемки получено, что длина скола увеличивается с увеличением податливости индентора и уменьшается с увеличением его скорости (рис.3.15). Сделан вывод о том, что сколы происходят вверх и вниз и отношение длины скола к толщине льда составляет Lf/h= 0,4-1,0.
Анализ результатов экспериментальных исследований процесса взаимодействия ледяных полей с сооружениями позволяет сформулировать основные выводы:
1. Около вертикальной опоры возможны несколько форм разрушения льда в зависимости от геометрических и физических параметров льда, диаметра опоры и скорости движения ледяного поля.
2. Лед разрушается на фрагменты определенных размеров, пропорциональных толщине льда с вытеснением вверх и вниз. Длина зоны разрушения (скола) увеличивается с ростом податливости сооружения и уменьшается с увеличением скорости поля и лежит в пределах Lf/h= 0,4-1,0.
3. Передача давления при хрупком разрушении происходит через малую площадь. В начале процесса образуется начальная трещина, направление и величина которой зависят от геометрии контакта, напряженного состояния и прочностных свойств льда. Образование сколов имеет циклический характер. Далее образуются новые расходящиеся трещины. Сколы начинаются с поверхностных трещин, что подтверждается известным фактом, что при полировке поверхности прочность хрупких материалов увеличивается.
4. Вибрации под действием льда возможны не только для узких сооружений, но и для широких массивных.
5. Частота нагрузки увеличивается с увеличением скорости льда.
6. Доминирующая частота равна fо=(2-5)(v/h), т.е. размер контактной зоны (0,2-0,5)h.
 |
 |
Рис. 3.15. Картина образования сколов и график циклической нагрузки по Камесаки К. и др. [302]
3.2. Феноменологическая модель разрушения
ледяной плиты перед вертикальной опорой
Анализ экспериментальных исследований показывает, что процесс формирования ледовых воздействий на сооружения в значительной степени определяется механизмом разрушения ледяного поля в зоне контакта. Механизм разрушения льда влияет в первую очередь на динамические характеристики процесса взаимодействия ледяного поля и сооружения: значения ледовых нагрузок, частоту их изменения.
Среди различных механизмов разрушения льда при его воздействии на сооружения вертикального профиля наиболее часто отмечается разрушение льда путем скола или сдвига некоторых объемов. Именно в этом случае отмечается циклический характер изменения ледовой нагрузки, что создает опасный режим нагружения сооружения и его элементов с точки зрения накопления усталостных повреждений в материале.
Основные допущения. Для математического описания процесса разрушения льда на контакте с сооружением были приняты следующие допущения, основанные на результатах экспериментальных исследований (рис. 3.16):
1. Разрушение ледяного поля толщиной h на контакте с сооружением происходит путем двустороннего скола (сдвига) ледяных треугольных призм. Угол скола b определяется из теории предельного равновесия Кулона.
2. Второй и последующие сколы происходят при достижении вертикального размера контактной площади (рис.3.16), равного
, (3.7)
где h - толщина ледяного поля, м; 
- скорость относительных деформаций льда, с-1;
a - эмпирический коэффициент, равный 7¸10 с-1.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.