Трещины на верхней поверхности ледяных полей

Трещины на верхней поверхности ледяных полей

Появившиеся на верхней поверхности ледяного поля трещины не могут исчезать за счет заполнения их водой, однако все же с течением времени их размеры уменьшаются благодаря поверхностной диффузии льда и сублимации. Линелль показывает, что грузоподъемность ледяного поля и формирование в нем радиальных и круговых трещин до его разрушения не зависят от наличия небольших открытых или уже заполненных трещин в его окрестностях. Это происходит потому, что напряжение на верхней поверхности ледяного поля заставляет лед сжиматься на расстоянии от центра нагрузки, называемом радиусом относительной жесткости. Линелль отмечал также, что термические трещины редко достигают глубины, равной половине толщины льда; таким образом, внутри круга с радиусом трещины на верхней поверхности ледяного поля распространяться не могут, так как область, в которой они располагаются, находится в состоянии сжатия. Кривизна ледяного поля в области изменяется; кроме того, при наибольших радиусах на верхней поверхности происходит растяжение. Однако максимальное растягивающее напряжение на верхней поверхности примерно в 10 раз меньше, чем на нижней (непосредственно под грузом).

Уменьшение влияния трещин можно оценить, рассчитав среднюю величину мнимого «разрыва», объясняющего наблюдавшиеся значения прочности льда. Из теории прочности Гриффита теоретическая прочность at равна приблизительно 0,1 модуля упругости, или at = 30 тыс. фунт/дюйм2 (для льда). Для трещин или разрывов, длиной b и шириной (в нижней части) а соотношение между этими параметрами выразится если прочность а, = 300 фунт/дюйм2, b/а = 2500. При допущении, что основание трещины благодаря поверхностной диффузии стало составлять 4 мк, чтобы удовлетворить написанному выше уравнению, длина b должна составлять около 1 см. При прочности 100 фунт/дюйм2 длина трещины должна составлять 10 см.

Десятисантиметровые трещины несравнимо больше трещин, обычных для стекла, при нормальной его прочности (около I мк). Эта разница возникает за счет подвижности поверхности льда, благодаря которой трещины не могут (в пределах небольших расстояний по радиусам) в течение длительного времени иметь клинообразную форму; поэтому длина трещин должна быть значительно больше. Трещины, размеры которых близки к полученным нами, отчетливо наблюдаются. Измеренная прочность льда на разрыв (при отсутствии трещин в образцах) лежит в пределах 100-400 фунт/дюйм2; это наводит на мысль о том, что разрушение граней зерен или их расщепление в определенных направлениях происходит при напряжениях, значительно меньших, чем полученные из теоретических расчетов. Действие макроскопических трещин, имеющих закругленные вершины, должно быть значительно меньше, чем действие трещин других форм. Согласно наблюдениям Барнеса, искусственно созданные прорези в тающем озерном льду глубиной до 20 дюймов не влияли на его прочность (Барнес объясняет этот эффект нулевой прочностью верхнего 20-дюймового слоя льда); Линелль отмечал, что трещины, которые возникают первыми, не оказывают влияния на развитие последующих. Все эти наблюдения можно объяснить тем, что крупные трещины с закругленным дном возникают под действием сил, эквивалентных тем, которые наблюдались в образцах, не имеющих трещин.

Из всего этого мы можем сделать вывод, что поверхностные трещины, возникающие в ледяных полях на расстояниях (от места приложения нагрузки.- Перев.), больших, чем радиус относительной жесткости, не оказывают сколько-нибудь значительного влияния на прочность льда.

Читайте так же:

Комментарии запрещены.