1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Известия РАН. Механика твердого тела
  4. № 3, 2023

Известия РАН. Механика твердого тела, 2023, № 3, стр. 3-20

РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНО–ТЕОРЕТИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ ВОЗМОЖНОСТЕЙ РЕЗОНАНСНОГО МЕТОДА РАЗРУШЕНИЯ ЛЕДЯНОГО ПОКРОВА

В. М. Козин a, *

a Институт машиноведения и металлургии Хабаровского федерального исследовательского центра Дальневосточного отделения Российской академии наук
Комсомольск-на-Амуре, Россия

* E-mail: kozinvictor@rambler.ru

Поступила в редакцию 09.06.2022
После доработки 11.07.2022
Принята к публикации 14.07.2022

Аннотация

На основании экспериментов, выполненных: в ледовых бассейнах; с крупномасштабными моделями судов на воздушной подушке в полевых условиях; с натурными судами на воздушной подушке (СВП), а также с использованием теоретических зависимостей для расчета напряженно-деформированного состояния ледяного покрова от действия движущихся нагрузок исследованы возможности (закономерности) резонансного метода разрушения льда, т.е. путем возбуждения резонансных изгибно-гравитационных волн (ИГВ). Поясняются его физическая сущность, целесообразность его реализации СВП, указаны возможные области эффективного использования этого метода. Приведены результаты информационного обзора по теме работы, на основании которого поставлена цель исследований. При описании вязко-упругого характера соотношения между напряжениями и деформациями во льду использовался закон деформирования упруго-запаздывающей среды Кельвина–Фойгта. В качестве критерия ледоразрушающей способности ИГВ была принята теоретическая плотность потенциальной энергии изгиба бесконечной пластины. При этом использовано условие, что при ее достижении определенного значения происходит полное (с раскрытием трещин) разрушение льда. Исходные данные для этих расчетов взяты из выполненных экспериментов. Приведены зависимости, позволяющие определить параметры движущейся с резонансной скоростью нагрузки (параметры СВП), достаточные для разрушения ледяного покрова заданной толщины при заданных ледовых условиях.

Ключевые слова: ледяной покров, изгибно-гравитационные волны, резонанс, разрушение, параметры нагрузки

Список литературы

  1. Dutfild D.O., Dickins D.E. Icebreakins trials with Bell Acгospace Voyageur ACV // Can. Aeronaut. Space J. 1974. V. 20. № 10. P. 471–474.

  2. Козин В.М., Земляк В.Л. Физические основы разрушения ледяного покрова резонансным методом. Комсомольск-на-Амуре: ИМиМ ДВО РАН, ПГУ им. Шолом-Алейхема, АмГПГУ, 2013. 250 с.

  3. Седов Г.Н. Перевозки по льду предметов большого веса // Водный транспорт. 1926. № 3/4. С. 146.

  4. Сергеев Б.Н. К вопросу о величине нагрузки речного льда // Водный транспорт. 1926. № 8/9. С. 300–301.

  5. Бернштейн С.А. Ледяная железнодорожная переправа (работа, теория и расчет ледяного слоя). Сборник Народного комиссариата путей сообщения. Вып. 18. М.: Транспечать, 1929. 42 с.

  6. Кашкин Н.Н. Исследование работы ледяных аэродромов под нагрузкой от самолета. М.; Л.: ОНТИ НКТП, 1935. 48 с.

  7. Зубов Н.Н. Основы устройства дорог на ледяном покрове. М.: Гидрометеоиздат, 1942. 74 с.

  8. Зубов Н.Н. Льды Арктики. М.: Изд-во Главсевморпути, 1945. 360 с.

  9. Брегман Г.Р., Проскуряков Б.В. Ледяные переправы. Свердловск: Гидрометеоиздат, 1943. 151 с.

  10. Песчанский И.С. Ледоведение и ледотехника. Л.: Гидрометеоиздат, 1967. 467 с.

  11. Press F., Crary A., Oliver J., Katz S. Aircoupled flexural waves in floating ice // Trans. Amer. Geoph. Union. 1951. V. 32. № 2. P. 166–172.

  12. Crary A., Cotell R., Oliver J. Geophysical studies in the Beaufort Sea, 1951 // Trans. Amer. Geoph. Union. 1952. V. 33. P. 211–216.

  13. Crary A. Scismic Studies on Fletcher,s Ice Icland-T-3 // Trans. Amer. Geoph. Union. 1954. V. 35. № 2. P. 293–300.

  14. Anderson D.L. Preliminary results and review of sea ice elasticity and related studies // Trans. Eng. Inst. Can. 1958. V. 2. № 3. P. 2–8.

  15. Hunkins K. Seismic studies of sea ice // J. Geophys. Res. 1960. V. 65. № 10. P. 3459–3472. https://doi.org/10.1029/JZ065i010p03459

  16. Hunkins K. Waves in the Arctic Ocean // J. Geophys. Res. 1962. V. 67. № 6. P. 2477–2489. https://doi.org/10.1029/JZ067i006p02477

  17. Sunberg-Falkenmark M. Om Isbärighet Resultat av belastningsförsök på is, utförda av Samarbetsgruppen för isbärighetsförsök 1959-61. Notiser Och Preliminiira Rapporter, Serie Hydrologi 1. Stockholm: Sveriges Meteorologiska och Hydrologiska Institut, 1963. 318 p.

  18. Robin G., De Q. Wave Propagation Through Fields of Pack Ice // Phil. Trans. Roy. Soc. A. 1963. V. 225. № 1057. P. 313–339. https://doi.org/10.1098/rsta.1963.0006

  19. Сытинский А.Д., Трипольников В.П. Некоторые результаты исследований естественных колебаний ледяных полей Центральной Арктики // Изв. АН СССР. Сер. геофизическая. 1964. № 4. С. 615–621.

  20. Leschack L., Haubrich R. Observations of Waves on an Ice-Covered Ocean // J. Geophys. Res. 1964. V. 69. № 18. P. 3815–3821. https://doi.org/10.1029/JZ069i018p03815

  21. Gold L.W. Use of ice covers for transportation // Can. Geotech. J. 1971. V. 4. P. 170–181. https://doi.org/10.1139/t71-018

  22. Смирнов В.Н. Некоторые вопросы натурного исследования деформаций и напряжений в ледяном покрове // Тр. ААНИИ. Т. 331. Л.: Гидрометеоиздат, 1976. С. 133–140.

  23. Смирнов В.Н. Упругие изгибные волны в ледяном покрове // Тр. ААНИИ. Т. 331. Л.: Гидрометеоиздат, 1976. С. 117–123.

  24. Gold L. Bearing capacity of ice covers // Nat Res. Counc. Can. Techn. Mem. 1977. № 121. P. 63–65. https://doi.org/10.1139/l76-028

  25. Eyre D. The flexural motion of a floating ice sheet induced by moving vehicles // J. Glaciology. 1977. V. 19. P. 555–570. https://doi.org/10.3189/S0022143000215475

  26. Goodman D., Holdsworth R. Continuous surface strain measurements on sea ice and on Erebus Glacier Tongue, McMurdo Sound, Antarctica // Antarctic J. US. 1978. V. 13. P. 67–70.

  27. Takizawa T. Field studies on response of a floating sea ice sheet to a steadily moving load // Contrib. Inst. Low Temp. Sci. 1987. V. 36. P. 31–76.

  28. Beltaos S. Field studies on the response of floating ice sheets to moving loads // Can. J. Civil Eng. 1981. V. 8. P. 1–8. https://doi.org/10.1139/l81-001

  29. Takizawa T. Deflection of a floating sea ice sheet induced by a moving load // Cold Regions Sci. Techn. 1985. V. 11. P. 171–180.

  30. Takizawa T. Field studies on response of a floating sea ice sheet to a steadily moving load // Contrib. Inst. Low Temp. Sci. 1987. V. 36. P. 31–76.

  31. Takizawa T. Response of a floating sea ice sheet to a steadily moving load // J. Geophys. Res. 1988. V. 93. P. 5100–5112.

  32. Squire V.A., Robinson W.H., Haskell T.G. and Moore S.C. Dynamic strain response of lake and sea ice to moving loads // Cold Reg. Sci. Technol. 1985. V. 11. P. 123–139.

  33. Squire V.A., Langhorne P.J., Robinson W.H. and Heine A.J. Kiwi 131: an Antarctic field experiment to study strains and acoustic emission generated by loads moving over sea ice. Report prepared for the Royal Society of London. L.: RSL, 1986.

  34. Squire V.A., Robinson W.H., Langhorne P.J. and Haskell T.G. Vehicles and aircraft on floating ice // Nature. 1988. V. 333. P. 159–161.

  35. Squire V., Hosking R., Kerr A., Langhorne P. Moving Loads on Ice Plates. Dordrecht: Kluver Academic Publishers, 1996. P. 86–94.

  36. Козин В.М., Жесткая В.Д., Погорелова А.В., Чижиумов С.Д., Джабраилов М.Р., Морозов В.С., Кустов А.Н. Прикладные задачи динамики ледяного покрова. М.: Издательство “Академия естествознания”, 2008. 329 с.

  37. Greenhild Cg. Scattering on the thin ice // The Lond. Ebinb. Dubl. Phil. Mag. J. Sci. 1916. V. 31. № 181. https://doi.org/10.1080/14786440108635465

  38. Голушкевич С.С. О некоторых задачах теории изгиба ледяного покрова. Л.: Воениздат, 1947. 231 с.

  39. Press F., Ewing M. Propagation of elastic waves in a floating ice sheet // Trans. Amer. Geoph. Union. 1951. V. 32. № 5. P. 673–678.

  40. Crary A., Cotell R., Oliver J. Geophysical studies in the Beaufort Sea, 1951 // Trans. Am. Geoph. Uni. 1952. V. 33. P. 211–216. doi.org/https://doi.org/10.1029/TR033i002p00211

  41. Хейсин Д.Е. Динамика ледяного покрова. Л.: Гидрометеоиздат, 1967. 216 с.

  42. Черкесов Л.В. О влиянии ледяного покрова и вязкости жидкости на длинные волны // Морские гидрофизические исследования. 1970. № 3 (49). С. 50–56.

  43. Jen D.H., Tang S.C. On the vibration of an elastic plate on an elastic foundation // J. Sound Vib. 1971. V. 14. № 1. P. 81–89. doi.org/https://doi.org/10.1121/1.2144176

  44. Доценко С.Ф. О влиянии неоднородности жидкости и ледяного покрова на волны, генерируемые движущейся областью давлений // Морские гидрофизические исследования. 1974. № 4 (67). С. 82–89.

  45. Богородский В.В., Гаврило В.П. Лед. Физические свойства. Современные методы гляциологии. Л.: Гидрометеоиздат, 1980. 384 с.

  46. Марченко А.В. Изгибно-гравитационные волны // Динамика волн на поверхности жидкости. М.: Наука, 1999. С. 65–111.

  47. Жесткая В.Д., Козин В.М. Исследования возможностей разрушения ледяного покрова амфибийными судами на воздушной подушке резонансным методом. Владивосток: Дальнаука, 2003. 161 с.

  48. Ткачева Л.А. Дифракция поверхностных волн на плавающей упругой пластине // Изв. РАН. Механика жидкости и газа. 2001. № 5. С. 121–134.

  49. Ткачева Л.А. Плоская задача о дифракции поверхностных волн на упругой плавающей пластине // Изв. РАН. Механика жидкости и газа. 2003. № 3. С. 131–149.

  50. Ткачева Л.А. Поведение плавающей упругой пластины при колебаниях участка дна // Прикл. мех. техн. физ. 2005. Т. 46. № 2. С. 98–108.

  51. Milinazzo F., Shinbrot M., Evans N.W. A mathematical analysis of the steady response of floating ice to the uniform motion of a rectangular load // J. Fluid Mech. 1995. V. 287. P. 287–295. https://doi.org/10.1017/S0022112095000917

  52. Wang K., Hosking R., Milinazzo F. Time-dependent response of a floating viscoelastic plate to an impulsively started moving load // J. Fluid Mech. 2004. V. 521. P. 295–317. https://doi.org/10.1017/S002211200400179X

  53. Козин В.М., Погорелова А.В., Жесткая В.Д., Чижиумов С.Д., Джабраилов М.Р., Морозов В.С., Кустов А.Н. Прикладные задачи динамики ледяного покрова. М.: Академия естествознания, 2008. 329 с.

  54. Коробкин A.A., Папин A.A., Хабахпашева Т.И. Математические модели снежно-ледового покрова. Барнаул: Алтайский гос. унив., 2013. 116 с.

  55. Korobkin A., Khabakhpasheva T., Papin A. Waves propagating along a channel with ice cover // Eur. J. Mech. B/Fluids. 2014. V. 47. P. 166–175.

  56. Погорелова А.В., Козин В.М., Матюшина А.А. Исследование напряженно-деформированного состояния ледяного покрова при взлете и посадке на него самолета // Прикл. мех. техн. физ. 2015. Т. 56. № 5. С. 214–221.

  57. Батяев Е.А., Хабахпашева Т.И. Гидроупругие волны в канале со свободным ледовым покровом // Изв. РАН. Механика жидкости и газа. 2015. № 6. С. 71–88.

  58. Шишмарев К.А., Хабахпашева Т.И., Коробкин А.А. Влияние гидростатического и гидродинамического давлений на колебания ледового покрова // МАК-2015: “Математики – Алтайскому краю”. Сборник трудов всероссийской конференции по математике. Барнаул: Алтайский гос. унив., 2015. С. 87–91.

  59. Стурова И.В., Ткачева Л.А. Колебания ограниченного ледяного покрова при локальном динамическом воздействии // Полярная механика. 2016. № 3. С. 997–1007.

  60. Ткачева Л.А. Взаимодействие поверхностных и изгибно-гравитационных волн в ледяном покрове с вертикальной стенкой // Прикл. мех. техн. физ. 2013. Т. 54. № 4. С. 158–170.

  61. Ткачева Л.А. Поведение полубесконечного ледяного покрова при равномерном движении нагрузки // Прикл. мех. техн. физ. 2018. Т. 59. № 2. С. 82–98.

  62. Ткачева Л.А. Волновые явления, возникающие при движении нагрузки по свободной поверхности жидкости вдоль кромки ледяного покрова // Прикл. мех. техн. физ. 2019. № 3. 2019. С. 73–84.

  63. Стурова И.В. Действие периодического поверхностного давления на ледяной покров в окрестности вертикальной стенки // Прикл. мех. техн. физ. 2017. Т. 58. № 1. С. 92–101.

  64. Стурова И.В. Движение внешней нагрузки по полубесконечному ледяному покрову в докритическом режиме // Изв. РАН. Механика жидкости и газа. 2018. № 1. С. 51–60.

  65. Букатов А.Е. Волны в море с плавающим ледяным покровом. Севастополь: ФГБУН МГИ, 2017. 360 с.

  66. Завьялова К.Н., Шишмарев К.А., Хабахпашева Т.И. Движение внешней нагрузки по битому льду в канале // Изв. Алтайского гос. ун-та. 2018. № 4 (102). С. 73–78.

  67. Шишмарев К.А., Хабахпашева Т.И. Нестационарные колебания ледового покрова в замороженном канале под действием движущегося внешнего давления // Выч. технол. 2019. Т. 24. № 2. С. 111–128.

  68. Khabakhpasheva T., Shishmarev K., Korobkin A. Large-time response of ice cover to a load moving along a frozen channel // Appl. Ocean Res. 2019. V. 86. P. 154–165. doi.org/https://doi.org/10.1016/j.apor.2019.01.020

  69. Земляк В.Л., Баурин Н.О., Курбацкий Д.А. Лаборатория “Ледотехника” // Вестник Приамурского гос. ун-та им. Шолом-Алейхема. 2013. № 1 (12). С. 68–77.

  70. Тимошенко С.П., Войновский-Кригер С. Пластины и оболочки. М.: Изд. физ.-мат. литературы, 1963. 653 с.

  71. Петров И.Г. Выбор наиболее вероятных значений механических характеристик льда // Труды ААНИИ. 1976. Т. 331. С. 4–41.

  72. Бутягин И.П. Прочность льда и ледяного покрова. Новосибирск: Наука, 1966. 153 с.

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска содержание выпуска

Известия РАН. Механика твердого тела

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал