Сопротивление изгибу

Сопротивление изгибу

Наиболее удобным методом измерения действительных значений сопротивления изгибу является испытание с помощью консольной балки (при этом лед испытывается на месте; образец не отделяется полностью от ледяного поля). На примере молодого морского льда доказано, что сколько-нибудь заметной разницы в значениях сопротивления изгибу при создании давления сверху или снизу не наблюдается. Представленные здесь данные получены при изгибе ледяного бруска вверх (давление снизу). В значения сопротивления изгибу, вычисленные по уравнению (4), должна быть внесена поправка на концентрацию напряжения. Величина поправки определена экспериментально и оказалась равной в среднем 2,80; отклонения от этого значения были невелики. Всего поставлено 30 опытов, в которых проводилось сравнение изгиба балочек, вырезанных во льду в виде кронштейнов, и отдельных ледяных брусков, в которых напряжения распределялись равномерно с помощью пластинок из оргстекла, подложенных под образец. Значение коэффициента концентрации напряжения совпадает с данными, полученными Тимошенко и Гудиером. Поскольку коэффициент концентрации напряжений для выпиленных в морском льду ледяных выступов экспериментально не определялся, значения сопротивления изгибу приводятся без поправок. Для практических целей их умножают на 2,80.

В зависимости изменения сопротивления изгибу от содержания рассола во льду (в среднем по всей толщине льда и отдельно для низкотемпературного слоя). Как и характеристики скорости плоской волны, график сопротивления изгибу до момента, когда наступают периодические потепления, может быть представлен участком кривой BCD. Разброс точек на графике для низкотемпературного слоя меньше, чем в случае среднего содержания рассола по всей толщине льда, что также совпадает с характеристиками скорости плоской волны. В скобках указывают число опытов, из которых было выведено среднее значение сопротивления изгибу, нанесенное на график. Кривая CF на графике характеризует сопротивление льда изгибу во время или после периодов чередования высоких температур с низкими. Как и ожидалось, разброс величин сопротивления изгибу в этом случае оказался весьма значительным. Некоторые наименьшие величины получены при наблюдениях, проводившихся в течение 24 час на полностью разрушенном ледяном поле. Участок ВА получен при экстраполяции кривой DCB до значения сопротивления изгибу при нагрузке 8000 кг/см2 (максимальная прочность консольной балки принятых размеров в условиях, когда содержание рассола во льду равно нулю) При этом некоторое упрочнение льда за счет наличия на стенках раковин (ячеек, в которых ранее находился рассол) солей не учитывалось. Шесть точек, расположенных достаточно близко к кривой (в районе участка BCD), данные для нанесения которых были получены при температуре льда от -22,8 до -10,8° С. Напомним, что сульфата натрия начинает выпадать из раствора в осадок при температуре -8,2° С; тем не менее результаты испытаний не показывают существенного внезапного возрастания сопротивления изгибу, вызванного его выпадением из рассола. Рассмотрение физики процесса охлаждения рассола приводит к выводу, что увеличение сопротивления изгибу при выпадении солей должно быть постепенным, так как соли при понижении температуры выпадают не сразу. Участок СВ кривой показывает нелинейное увеличение сопротивления изгибу при уменьшении содержания рассола; декагидрат сульфата натрия на этом участке должен был полностью выпасть в осадок. Участок CD также характеризует нелинейное возрастание сопротивления изгибу при уменьшении содержания рассола, однако здесь все соли должны быть в растворенном виде. Таким образом, кривая BCD не подтверждает и не отрицает теории упрочнения льда при вымораживании рассола. Участок DE представляет собой экстраполяцию кривой BCD до такого значения содержания рассола, при котором сопротивление льда изгибу становится равным нулю.

В 1958 г. Андерсон и Вике предложили теоретическую схему сопротивления изгибу для морского льда, основанную на рассмотрении содержания рассола в плоскости разрыва с точки зрения геометрии. Сравнение схемы Ассура с экспериментальными результатами изменения сопротивления изгибу льда в зависимости от содержания рассола в низкотемпературном слое.

Связь между сопротивлением изгибу и скоростью плоской волны. Из рассмотренного выше анализа результатов испытаний четко устанавливается взаимосвязь между содержанием рассола во льду и его сопротивлением изгибу, а также скоростью распространения в нем плоской упругой волны. Поэтому можно сделать вывод о том, что два последних явления (сопротивление изгибу и скорость плоской волны) связаны между собой определенной зависимостью. Связь между сопротивлением изгибу и скоростью распространения плоской волны, построенная по экспериментальным данным, полученным в один и тот же день.

Участок ВС определен путем графического осреднения и эмпирических данных; участок ВА — результат экстраполяции кривой ВС до значения скорости упругой волны, соответствующей скорости распространения звука в морской воде, а участок CD — до скорости упругой волны в пресном льду. Поскольку в процессе испытаний сопротивление изгибу консольной балки и скорость распространения плоской волны в пресном льду не определялись, значение скорости плоской волны было взято из работы Юинга и др., а соответствующая ей величина сопротивления изгибу консольной балки — из работы Франкенштейна. Если считать, что возникновение трещин в консольной балке во всех случаях имеет характер разрушения упругого тела, то на основании элементарной теории упругости (из которой следует, что линейное напряжение пропорционально линейной деформации) сопротивление изгибу должно быть пропорционально квадрату скорости плоской волны. Однако кривая ABCD, что сопротивление изгибу изменяется примерно пропорционально корню квадратному из величины скорости плоской волны. Ниже приводится эмпирическое уравнение кривой ABCD, связывающее сопротивление изгибу морского льда со скоростью распространения в нем плоской волны:

Уравнение (11) дает возможность разработать методику быстрого определения сопротивления изгибу крупных ледяных полей с помощью новейшего телеметрического оборудования, позволяющего измерять скорость распространения упругих волн во льду с подводных лодок и с самолетов. При использовании уравнения (11) необходимо соблюдать известную осторожность; например, в этом случае нельзя пользоваться данными, полученными при проведении испытаний на мелких консольных, так как известно, что ошибка в таких опытах может быть в пределах ± 1000 кг/см2. Причина изменения величин прочности на изгиб заключается в том, что, когда к ледяной балке приложено некоторое усилие, на участке, где напряжение максимально, возникает множество возможных плоскостей разрыва; в конечном итоге разрушение происходит в плоскости с минимальной силой сцепления. Однако в плоских льдинах или ледяных полях может иметь место эффект осреднения; в этом случае колебания значений сопротивления изгибу будут не очень велики.

Читайте так же:

Комментарии запрещены.