Описание использованного для опытов льда и методики проведения экспериментов

/>Описание использованного для опытов льда и методики проведения  экспериментов

Лед для проведения экспериментов приготавливался из отстоявшейся (с целью удаления из нее воздуха) водопроводной воды в оцинкованном резервуаре диаметром 26 дюймов и глубиной 24 дюйма. На дне резервуара устанавливались два резиновых баллона с воздухом; давление воздуха в баллонах поддерживалось на одном и том же уровне, для чего они были соединены гибким шлангом с сосудом, наполненным этиленгликолем. В предварительно охлажденную воду засыпался крупнозернистый снег, который полностью покрывал поверхность воды. По мере замерзания воды с увеличением ее объема часть воздуха из баллонов вытеснялась в сосуд с этиленгликолем; таким образом, замерзание воды происходило при постоянном давлении внутри резервуара. Впрочем, с течением времени давление немного возрастало, так как натяжение резины, из которой были изготовлены баллоны, ослаблялось по мере вытеснения из них воздуха.

Таким образом удавалось без труда получать ледяные пластинки толщиной до 6 дюймов; при этом пузырьков воздуха во льду не было.

Поскольку замерзание воды происходило только сверху вниз все время в одном и том же направлении, зерна льда имели столбчатую структуру, Причем длинные оси зерен были параллельны направлению распространения холода.

Использование кристаллов снега в качестве ядер кристаллизации подразумевало получение хаотически ориентированных зерен льда, однако эта цель не была достигнута, так как оказалось, что в направлении, перпендикулярном главным кристаллографическим осям, лед нарастает быстрее, чем в параллельном. В поверхностном слое высотой 2 см было отмечено преобладание кристаллов, оптические оси которых перпендикулярны направлению нарастания льда. Исследование 100 зерен, выбранных для этой цели в образце, вырезанном на глубине 5 см от поверхности слоя замерзшего снега, показало, что у 40% зерен оптические оси были расположены под углами 85 и 90° к направлению роста льда, у 29%- под углом 75-85, а у остальных — под углом 60-75°. Следовательно, ориентировка базисных плоскостей была в основном параллельной длинным геометрическим осям столбчатых ледяных зерен, но хаотичной в плоскости, перпендикулярной направлению замерзания. Вследствие предпочтительного направления роста, зерна постепенно приобретали конусообразную форму, и средняя величина зерна увеличивалась по мере возрастания глубины льда. Средний размер зерен во льду, приготовленном таким способом, составлял 1,5-7,0 мм.

Подвергнутые исследованию образцы имели форму правильных четырехгранных призм двух размеров: 5X10X25 и 2,5Х Х5Х15 см. Образцы вырезались таким образом, что длинные геометрические оси зерен льда были перпендикулярны наибольшей по площади поверхности. Верхний слой льда, содержащий замерзший снег, удалялся до отбора проб.

Описание экспериментов. Проведенные ранее опыты показали, что интенсивность возникновения трещин зависит от структурных особенностей льда и приложенной к нему нагрузки, если сжимающее усилие в мелкозернистом льду столбчатой структуры направлено перпендикулярно длинным осям зерен. Характер деформации, возникавшей во время прежних экспериментов, не дал возможности сделать какие-либо выводы, устанавливающие зависимость направления трещин от кристаллографической ориентировки зерен, в которых они появились. Для исследования этой зависимости эксперименты велись по двум направлениям.

В первой серии опытов образцы размером 2,5x5x15 см погружались в горизонтальном положении в керосин и подвергались сжатию в направлении длинной оси. Керосин использовался для ликвидации поверхностных явлений, возникающих во льду, окруженном воздухом (испарение и др.). В процессе деформации лед изучался под микроскопом. Всего были проведены три эксперимента такого типа. При этом нагрузка от 5 до 9 кг/см2 прилагалась в течение 60-100 час. Эти опыты в дальнейшем мы будем называть «керосиновыми экспериментами».

Во второй серии опытов сжимающая нагрузка прилагалась вдоль длинной оси ледяной призмы с размерами 5x10x20 см. Время испытания образца не оканчивалось — призму сжимали до тех пор, пока в ней не появлялось около 10 трещин. После этого лед вынимали из керосиновой ванны и делили на секции разрезами, параллельными поверхности с размерами 10X20 см. Кристаллографическая ориентировка зерен, в которых наблюдались трещины, определялась по методу Хигучи. Несмотря на то что эти эксперименты дали возможность получить сведения о влиянии кристаллографической ориентировки на возникновение трещин, их главной целью было исследование зависимости времени, необходимого для появления первой трещины, от величины приложенной нагрузки.

Во второй серии опытов пластическая деформация льда измерялась с помощью специального экстензометра (длина измерительной линейки 15 см); чувствительность прибора была около единиц деформации. Как показали результаты испытаний, пластическая деформация во всех случаях была меньше 0,1%.

Наблюдения механизмов деформации во время этих экспериментов, так же как и результаты проведенных ранее опытов, уже описаны Голдом. Все эксперименты проводились при температуре -9,5±0,5°С. Статьи, в которых дается детальное описание наблюдений зависимости формирования трещин от времени и кристаллографической ориентировки зерен, уже подготовлены к печати.

/> />

Читайте так же:

Комментарии запрещены.

Свежие записи