Поликристаллический лед

Поликристаллический лед

Деформация поликристаллического льда существенным образом зависит от формы и ориентации отдельных кристаллов, как этого и следовало ожидать, учитывая заметную анизотропию деформации этих кристаллов. Когда ориентировка всех кристаллов в образце одинакова, их свойства мало отличаются от свойств не связанных между собой отдельных кристаллов; это легко видеть на примере образцов, взятых из тонких слоев льда (например, при замораживании воды), состоящих из столбчатых кристаллов, оптические оси которых параллельны.

В то же время ориентация кристаллов во льду, возникшем в результате уплотнения снега, в известной мере хаотична, и реологические свойства такого льда могут быть несколько иными. Кривая ползучести материала в этом случае имеет обычную форму, а скорость ползучести с течением времени уменьшается. Обычно она становится постоянной при некотором состоянии, хотя при более высоких давлениях также возникает замедление до какой-то новой скорости, возможно, связанной с рекристаллизацией. Эта новая скорость текучести, так же как и скорость текучести, связана степенным законом с давлением.

Общий закон текучести должен полностью отражать зависимость между тензорами напряжения и скорости деформации. Как и в случае отдельных кристаллов, гидростатическое не оказывает воздействия на текучесть. Наилучший способ выражения этого явления — вычитание гидростатического давления из тензора напряжения и исследование вариаций скорости деформации в зависимости от полученных в результате вычитания напряжений. Обычно принимают, что это единственная связь между напряжением сдвига и скоростью деформации сдвига — главными скоростями деформации, которые направлены параллельно соответствующим девиаторам напряжений и пропорциональны этим девиаторам. Такая модель может быть испытана экспериментально путем комбинирования приложенных ко льду давлений. Испытания проводились Штейнеманом и Войтковским; эксперименты показывают, что принятое допущение нельзя считать абсолютно правильным, однако результаты, полученные Войтковским, согласуются с этим допущением в пределах ошибки опыта.

Эти предположения теряют свой смысл, если кристаллы во льду ориентированы не хаотично; тогда мы уже не можем ожидать, что основные напряжения и скорости деформации в общем случае будут параллельны; в действительности ориентировка кристаллов во льду редко бывает хаотичной, и, разумеется, при деформации простого сдвига ориентировка кристаллов упорядочивается.

В процессе рекристаллизации льда кристаллы в нем ориентируются в наиболее благоприятном для развития текучести направлении. Таким образом, предположения, основанные на существующих теориях, следует рассматривать как приближенные; конечные результаты могут быть различными в зависимости от изменения направления и характера приложенных ко льду сил.

Реологические свойства льда в значительной степени зависят от температуры: при понижении температуры на каждые 15° С (ниже точки плавления) коэффициент текучести уменьшается в 10 раз. Влияние температуры проявляется в общем одинаково при любых возникших во льду напряжениях; единственное исключение составляет сообщение о том, что при температуре -10° С твердость отдельных ледяных кристаллов становится одинаковой на обеих поверхностях (параллельной базисной плоскости и перпендикулярной к ней). Повышение температуры от -10е С приводит к тому, что в плоскости (0001), параллельной базисной, кристалл становится тверже, в то время как при понижении температуры он становится слабее. Этот эффект требует дальнейшего изучения; возможно, он определяет различный характер изменений скольжения в базисной плоскости и каких-либо других особенностей деформации льда в зависимости от температуры. Наконец, можно было бы ожидать, что, когда температура льда становится равной температуре плавления, реологические свойства льда изменятся коренным образом.

Однако, как показал Штейнеман, вода во льду собирается в капли в точках соединения каждых четырех зерен и ее влияние на свойства льда будет не больше, чем у таких же по размерам пузырьков воздуха.

Читайте так же:

Комментарии запрещены.