Связь между пластическими свойствами и прочностью

/>Связь между пластическими свойствами и прочностью

Поскольку свойства льда определяются различными включениями, содержащимися в его толще, особенно каплями рассола и воздушными пузырьками, оказывается возможным определить связь между пластическими свойствами и прочностью или в конечном счете несущей способностью плавучего ледяного поля. Используя результаты первоначального теоретического исследования, автору удалось определить связь между упругими свойствами и содержанием рассола на участке, где производились измерения.   Сначала это было сделано в полевых условиях, а спустя некоторое время, аналогичное исследование было проведено и в лаборатории; в последнем случае контроль результатов измерений был более надежным. Лабораторные исследования показывают, что влияние рассола не ограничивается объемным эффектом: рассол ослабляет силы упругого последействия.

Изучение анизотропии морского льда представляет не только теоретический интерес. При этом можно получить сведения о расположении нейтральной поверхности — основного параметра для расчета несущей способности. Анизотропия морского льда бывает двоякого характера: макроскопическая, зависящая от термического градиента, и микроскопическая, для которой определяющим фактором является ориентировка отдельных кристаллов. Первый вид анизотропии удается установить на расстояниях, измеряющихся метрами, второй — миллиметрами, но комбинированное использование характеристик плоской волны и волны изгиба дает возможность определить свойства льда в различных направлениях, даже если длины этих волн достигают сотен метров. Даже в холодном морском льду анизотропия может достигать 15%, главным образом за счет ориентировки кристаллов. Этим объясняется, почему раньше, при использованы характеристик одной волны изгиба, возникающей во льду при передаче ему колебаний воздуха (взрыв в воздухе или на поверхности льда), не удавалось измерить толщину морского льда; при желании точно интерпретировать частоту таких колебаний необходимо учитывать влияние анизотропии.

Юинг и Крэри приводят следующее выражение для длинных волн изгиба в ледяных полях, плавающих на поверхности воды (вода условно принята несжимаемой):

Это выражение аналогично хорошо известному уравнению скорости водяных волн, в котором учтены гравитационные и капиллярные силы

Находящееся на поверхности воды ледяное поле увеличивает силы поверхностного натяжения и изменяет характер рассеяния волн в жидкости. Для длинных волн лед представляет собой лишь тонкую пленку, лежащую на поверхности воды. Обычно дисперсия волн большой длины определяется воздействием гравитации; в то же время дисперсия коротких волн может быть иной, что объясняется их тесной зависимостью от жесткости среды на изгиб. Эта двойственность является причиной возникновения минимума фазовой скорости, вообще редко встречающегося в природе. В свою очередь, наличие минимума фазовой скорости дает возможность ввести новый удобный метод для определения статического прогиба и, следовательно, статических упругих свойств морских ледяных полей. Груз, установленный на плавающее ледяное поле, придает ему форму тарелки; математическое описание изогнутого участка льдины является основной функцией, поскольку деформация под воздействием груза и «длина волны» изгиба упругой плоскости определяются ее упругими свойствами. До последнего времени методика полевых измерений заключалась в том, чтобы отметить изменение уровня льда под действием груза. Это создавало известные неудобства, поскольку отклонение было небольшим, а число и точность наблюдений — недостаточными. Для определения изгиба в этом случае необходимо вести наблюдения с внешней стороны участка деформации (что невозможно сделать точно). Кроме того, одновременно с началом измерений начинался пластический провис льда, который делал невозможным точное статическое измерение упругости льда. Наличие минимума на кривой фазовой скорости показывает, что движение груза происходит значительно медленнее, чем движение волны, проходящей через участок, измененный под действием груза, даже в том случае, когда волна движется с минимальной скоростью. Таким образом, становится возможным отделить упругие изменения от пластических, возникающих в результате медленного движения груза. В этом случае целесообразно переставить рефлектометр выше. Движение груза со скоростью, превышающей минимум фазовой скорости, вызывает «головную» волну высокой частоты, за которой следует «тыловая» волна с меньшей частотой. Это явление также можно объяснить наличием минимума фазовой скорости, который требует, чтобы обе групповые скорости (по энергии) соответствовали каждой из фазовых скоростей. Частоты «головной» и «тыловой» волн зависят от упругих свойств льда, а их амплитуды — от наклона кривых распространения и смачивания в системе лед — вода.

Упомянутый выше рефлектометр может быть использован и для измерения входящей и выходящей волн и для разработки других способов определения упругости морского льда. Аппаратура   была   настолько совершенной, что во время последней экспедиции в Туле (Гренландия) было достигнуто перекрытие частот, принимаемых рефлектометром и сейсмическими приборами; это позволило более уверенно экстраполировать результаты сейсмических измерений для расчетов несущей способности ледяных полей.

/> />

Читайте так же:

Комментарии запрещены.

Свежие записи