Теплофизические свойства пресноводного льда

Удельная теплота плавления (кристаллизации) морского льда в сильной степени зависит от его солености.

Удельная теплоемкость морского льда несколько больше удельной теплоемкости пресноводного льда.

Модуль упругости льда E при сжатии, растяжении и изгибе зависит от температуры и структуры льда и изменяется в очень широких пределах: от 0,12·10¹⁰ до 1·10¹⁰ Па [16,19]. При сжатии его принимают в среднем равным 0,9·10¹⁰Па. Модуль упругости линейно уменьшается с повышением температуры.

Mодуль упругости тела в общем случае зависит от напряжения и определяется производной (градиентом) зависимости напряжения от деформации, то есть тангенсом угла наклона диаграммы напряжений-деформаций:

В наиболее распространенном случае зависимость напряжения и деформации линейная (закон Гука):

.

где:

· E — модуль упругости;

· — напряжение, вызываемое в образце действующей силой (равно силе, делённой на площадь приложения силы);

· — упругая деформация образца, вызванная напряжением (равна отношению изменения размера образца после деформации к его первоначальному размеру).

Таким образом, предел упругих деформаций у льда невысок (s =3·10⁹Па); этим определяется во многих случаях то, что лед ведет себя как пластическое тело, например при статическом давлении льда при повышении его температуры.

Модуль сдвига льда G _­- это способность материала сопротивляться сдвиговой деформации. Модуль сдвига определяется следующим соотношением:

Где — касательное напряжение;

— действующая сила;

— площадь, на которую действует сила;

— сдвиговая деформация;

— смещение;

— начальная длина.

G, так же как и модуль упругости E, зависит от температуры и структуры льда, но изменяется он не в столь большом диапазоне. В среднем его можно принять равным 3·10⁹ Па.

Коэффициент Пуассона льда ν_л Это величина отношения относительного поперечного сжатия к относительному продольному растяжению. Этот коэффициент зависит не от размеров тела, а от природы материала, из которого изготовлен образец.

Для льда он находится в пределах 0,34…0,37 и практически не зависит от температуры.

При приложении к телу растягивающего усилия оно начинает удлиняться в продольном направлении, а поперечное сечение уменьшается. Коэффициент Пуассона показывает, во сколько раз относительное уменьшение поперечного размера деформируемого тела больше относительного увеличения его длины, при его растяжении.

Преде́л про́чности — механическое напряжение σB, выше которого происходит разрушение материала.

Значения предела прочности льда, так называемое временное сопротивление льда, в различных условиях его напряженного состояния и при температуре, близкой к 0°С, по данным К.Н.Коржавина приведены в таблице 2.5. С понижением температуры прочность льда увеличивается, а с повышением солености — уменьшается.

Таблица 2.5 - Значения предела прочности льда, Па

Согласно ГОСТу 1497-84 более корректным термином является «Временное сопротивление разрушению», то есть напряжение, соответствующее наибольшему усилию, предшествующему разрыву образца при (статических) механических испытаниях. Термин происходит от того представления, что материал может бесконечно долго выдержать любую статическую нагрузку, если она создаёт напряжения меньшие по величине, чем временное сопротивление. При нагрузке, соответствующей временному сопротивлению (или даже превышающей её — в реальных и квазистатических испытаниях) разрушение материала (разделение образца на несколько частей) произойдёт через какой-то конечный промежуток времени, возможно, что и практически сразу.

МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДОПУСТИМОЙ НАГРУЗКИ НА ЛЕДЯНОЙ ПОКРОВ <*>

--------------------------------

<*> А.Д. Назимов "Ледяные переправы на строительстве Куйбышевской ГЭС". Оргэнергострой, 1956.

Для ориентировочного определения нагрузки на ледяной покров может быть использована формула М. Корунова:

где:

H - толщина льда (см), необходимая для пропуска нагрузки, т;

альфа - опытный коэффициент, равный для колесных грузов - 11, а для гусеничных - 9;

q - полный вес груза, т.

При высокой интенсивности движения автотранспорта на переправах и неоднородности структуры льда в полученный результат вводится дополнительный коэффициент запаса, равный 1,2 - 1,25.

В этом расчете за расчетную толщину льда принималась приведенная толщина, определенная по формуле П.И. Лебедева:

Примечания:

1. При измерении толщины ледяного покрова в расчет берется только прочный лед, а слои снежного и пористого, пропитанного водой льда, в расчет не принимаются.

2. При появлении воды на льду нагрузка на ледяную дорогу должна быть снижена на 50 - 80%.

3. При расчете нагрузки на лед следует учитывать, что прочность льда весной уменьшается вдвое.

4. При наличии сухих, несквозных трещин шириной менее 3 - 4 см и глубиной не более половины толщины льда нагрузка на ледяную поверхность должна быть снижена на 20%.

5. В местах впадения ключей, речек и канализации переход людей и проезд транспорта запрещается.

Поиск по сайту: