Способы и методы повышения несущей способности ледяного покрова
Дипломная работа - Физика
Другие дипломы по предмету Физика
?уры окружающего воздуха:
МПа, (1.2)
где Т- абсолютная температура воздуха.
По данным Гольда (1958г.) модуль Юнга при Т = -5С равен (9,09,8)*10 дин/см2. Рекомендуется принимать значение модуля упругости в диапазоне (3500062000) кг/см2. В качестве среднего значения Е рекомендуется величина 4,23*10 Кн/см2. Опыты на ледовой трассе Ладожского озера позволили К.Е. Иванову получить для речного льда значение E=40000 кг/см2 [29]
Анализ экспериментальных исследований позволил получить диапазон вероятных значений ЕД в пределах (8,09,8)*103 МПа. Значения ЕД по работе В.В. Богородского [20] представлены в Таблице 4.
Плотность, кг/м3ЕД, Н/м2910-91490000*10590075000*105700-80040000*1О5Таблица 4. Значения динамического модуля упругости от плотности.
По рекомендации лаборатории ВНИИГа им. В.Е. Веденеева в ледотехнических расчетах Е должен составлять 4* 10 МПа. Обобщив результаты определения Е на 1940г. Б.П. Вайнборг подсчитал, что наиболее вероятное его значение (7080)* 10 кг/см.
Позднее Б. Д. Карташкин (1947г.) установил, что при сжатии, растяжении и изгибе в интервале температур от -5 до -16С модуль упругости в среднем равен 40*10 кг/см. В.П. Берденников (1948г.) считал, что модуль упругости монолитного льда равен 90* 10 кг/см.
Анализ имеющихся результатов позволяет сделать заключение, что модуль упругости, характеризующий упругие свойства льда и определяемый в результате упругой деформации является в некоторой степени величиной неопределенной, потому что выделить при деформации ее упругую часть очень трудно. В то же время только при упругих деформациях модуль Юнга может быть определен надежно.
В отличие от деформации упругих тел величина деформации льда зависит от времени приложения нагрузки. Точно также от него зависит и модуль упругости льда, характеризующий зависимость величины деформации от нагрузки. Поэтому модуль упругости для льда следует определять в наиболее короткий промежуток времени приложения нагрузки, а наиболее подходящими методами ее определения следует считать динамические. К.Ф. Войтковский считает наиболее достоверной величиной E=90000 кг/см2, которой и рекомендует пользоваться для расчетов упругой деформации льда при динамическом воздействии нагрузок.
При длительном воздействии нагрузок за упругую деформацию иногда целесообразно принимать величину обратимой деформации, возникшую в течение первых секунд, после приложения нагрузки, как величину, более полно отражающую упругие свойства льда. Для расчетов величины такой деформации, определенной статическими методами при сжатии, растяжении или изгибе, величину модуля упругости льда можно принять равной 40000 кг/см. При этом следует учитывать отмеченную зависимость его величины от напряжений и других факторов. Вследствие того, что лед не чисто упругий материал, В.В.Лавров предлагает Е, определенный статическим методом, назвать модулем деформации.
Определенной зависимости модуля от температуры, по рассмотренным значениям обнаружить не удается. Однако, по мнению Савельева Б.А. повышение температур морского льда ведет к уменьшению значения модуля упругости. Такую тенденцию исследователь объясняет увеличением во льду жидкой фазы.
Для сравнения и более удобного практического использования составлена таблица 5, в которой приведены экстремальные и наиболее вероятные значения модуля Юнга для пресноводного льда.
Таким образом, для исследования влияния значения Е на НДС ледяного покрова следует охватить диапазоны изменения модуля упругости в пределах (З10)*103МПа.
МетодУсловия нагру-
женияТемпература льда, СМодуль ЮнгаСтатическийСжатие-3 -53000 84000Растяжение0 -81700050000Изгиб 0 -216000117000
Изгиб ледяного покрова-3 -829600 44000
Изгиб консольных балок-2400045000РезонансныйПо продольным0 -109180098000колебаниям -10-4097000111000Сейсмический
--5 -1070000125000Наиболее вероятное значение
--5 -108500090000Таблица 5. Модуль Юнга для пресноводного льда, кг/см2.
1.2.4. Модуль сдвига
Модуль сдвига характеризует сопротивляемость льда сдвиговым деформациям. Он не является самостоятельной величиной, определяющей другие свойства материала, а зависит от Е и ?.
(1.3)
В качестве непосредственных методов измерения G наиболее приемлемым является статический метод, заключающийся в испытаниях цилиндрических или призматических образцов льда на кручение.
В работе [24] К.Ф. Войтковский приводит значения G, определенные статическим методом при различных температурах в таблице 6.
T, СG, кг/см20-108*10334*103-10-20(1021)*10334*103Таблица 6. Значения модуля сдвига при различных температурах.
При сейсмическом методе определения G модуль сдвига вычисляется по формуле (1.3.).
М.И. Сериков [37] определял G динамическим методом. В частности для невского льда при температуре от -3,0 до -8,0С он получил значения G=(3424036760) кг/см2, а при температуре от -10 до -30С G= (З600037700) кг/см2. В.В. Богородский в интервале температур -3,8 до -13С получил G=(1040034300) кг/см2, и К.Ф. Войтковский [25] для расчетов упругой деформации при динамическом воздействии нагрузок предлагает G=(3034)*103 кг/см2. По имеющимся данным составлена таблица 7:
Температура льда, СЛед
МорскойПресноводный0-515700302002400036260-5-1510400343003530049000-31-З660037700Таким образом, реальный диапазон изменения модуля сдвига составляет (23,8)* 103 МПа.
1.2.5. Прочность льда при изгибе
Из всех прочностных характеристик рассмотрим только предел прочности льда на изгиб. Во внимание принимается только этот вид деформа