Способы и методы повышения несущей способности ледяного покрова
Дипломная работа - Физика
Другие дипломы по предмету Физика
ции потому, что волновая нагрузка на лед от распространяющихся ИГВ приводит к разрушению ледяного покрова только в результате деформации изгиба.
Прочность льда на изгиб определяется несколькими способами: по разрушению балок, свободно лежащих на двух опорах, по разрушению консолей, либо по разрушению круговых плит.
Подробный перечень результатов по определению временного сопротивления на изгиб пресноводного льда, полученных в 1897г. и 1953г. дает К.Ф. Войтковский [24]. В.В. Лавров приводит свои данные по результатам пресноводного озерного, лабораторного и структурно-моделируемого льда. Временные сопротивления при изгибе балок морского льда в большом количестве определены И.Г. Петровым [39].
В работе М.И. Серикова [37] приведены значения временных сопротивлений при изгибе балок из морского льда и консолей, выполненных в ледяном покрове. Последние показали временное сопротивление на изгиб равное (5,66,6) кг/см при температуре воздуха до -5С.
В.В. Лавров обобщил сведения о прочности льда с 1965г. по 1968г. и определил, что среднее значение временного сопротивления морского льда при изгибе и температуре -7С равно: зимний лед 5,7 кг/см, осенне-зимний 6,7 кг/см, осенний 8,3 кг/см; пак 13,0 кг/см.
1.2.6. Механические свойства
1.2.6.1. Вязкость
Вязкость льда характеризует сопротивление твердого тела развитию остаточной деформации под действием внешних сил. Количественно коэффициент вязкости (коэффициент внутреннего трения) ? определяется касательной силой F, которая должна быть приложена к единице площади S сдвигаемого слоя, чтобы поддержать в этом слое ламинарное течение с постоянной скоростью относительного сдвига ?, равной единице:
(1.4),
где ?с - напряжение сдвига.
Статическими методами коэффициент вязкости льда определяется многими авторами при деформации кручения, сдвига, растяжения, сжатия и изгиба. Одним из распространенных способов является метод изгиба свободной балки, лежащей на двух опорах, при котором коэффициент ? вычисляется по формуле:
(1.5),
где b, l, h ширина, длина, высота балки соответственно; v установившаяся скорость пластической деформации.
При растяжении (сжатии) стержня сечением S:
(1.6)
При чистом кручении стержня радиусом r:
(1.7),
где Мкр - закручивающий момент; - скорость изменения угла закручивания.
Коэффициент динамической вязкости можно определить по декременту механических колебаний образца ? на какой-то частоте f и известному модулю упругости Е, используя для этих целей известное соотношение:
(1.8)
Экспериментальные значения коэффициента вязкости льда, полученные статическими методами, настолько разноречивы (от 109 до 10 Па*с), что трудно установить какую-либо закономерность его изменения. В. В. Лавров [34], указывая девять факторов, влияющих на изменчивость значений ? (кристаллическое строение, температура, нагрузка, размер кристаллов и др.), приходит к такому же выводу, как и К. Ф. Войтковский [24], считая, что коэффициент вязкости льда - практически условная величина, характеризующая отношение напряжения к скорости ползучести в заданных условиях деформирования и в заданный момент времени, а вязкость льда не удовлетворяет закону Ньютона из-за отсутствия линейной зависимости между напряжением и скоростью деформации.
1.2.6.2. Время релаксации
Релаксация - необратимый (характеризующийся диссипативными потерями энергии) процесс возвращения в состояние термодинамического равновесия макроскопической замкнутой системы, выведенной из такого состояния. Различают быстрые и медленные процессы релаксации и соответствующие им времена. В первом случае релаксация существенно зависит от микроскопических характеристик системы и, в частности, от параметров, характеризующих взаимодействие между частицами (обычно это время и длина свободного пробега частиц tc и l). Время релаксации быстрых процессов . К быстрым процессам относятся, например, диэлектрическая, упругая и спин-решеточная релаксации.
Частота максимального уменьшения амплитуды колебаний для каждой температуры определяется как величина, обратная времени релаксации.
Дипольное взаимодействие между протонами различных молекул льда способствует релаксации спина [40]. При определении спин-решеточной релаксации использовалась формула Онзагера:
здесь b - внутримолекулярное расстояние между протонами (0,162 нм); - частота Лармора; - протонное гиромагнитное отношение;; коэффициент 0,7 соответствует уменьшению из-за внутримолекулярных взаимодействий.
Медленные процессы релаксации выравнивают, например, температуру, давление, средние скорости и другие характеристики всех частей системы. Время релаксации в этом случае пропорционально размерам системы L и велико по сравнению с tс а именно:
К медленным процессам релаксации относятся также вязкое течение, диффузия, теплопроводность, электропроводность и т. Д. Если отклонение от равновесия мало, то релаксация часто протекает до закону f=f0*e-t/?, где f0 - равновесное значение некоторой исследуемой функции системы. Время релаксации напряжений во льду, согласно модели твердого тела Максвелла, определяется вязкостью и модулем сдвига:
Время
релаксацииТемпература льда, С-1,5-16,8-20,9-27,5Вычислено по ?диэл
3,2
7,8
21
43Эксперимен- тальное
0,50,8
1,21,9
3,45,1
7,210,2Таб?/p>