RU2640452C1 - Method for determining specific energy of mechanical ice destruction - Google Patents

Method for determining specific energy of mechanical ice destruction Download PDF

Info

Publication number
RU2640452C1
RU2640452C1 RU2016144093A RU2016144093A RU2640452C1 RU 2640452 C1 RU2640452 C1 RU 2640452C1 RU 2016144093 A RU2016144093 A RU 2016144093A RU 2016144093 A RU2016144093 A RU 2016144093A RU 2640452 C1 RU2640452 C1 RU 2640452C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
sample
ice
destruction
contact force
energy
Prior art date
Application number
RU2016144093A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Владимир Григорьевич Цуприк
Original Assignee
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Дальневосточный федеральный университет" (ДВФУ)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Дальневосточный федеральный университет" (ДВФУ) filed Critical Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Дальневосточный федеральный университет" (ДВФУ)
Priority to RU2016144093A priority Critical patent/RU2640452C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2640452C1 publication Critical patent/RU2640452C1/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N3/00Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N3/08Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress by applying steady tensile or compressive forces

Landscapes

  • Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)

Abstract

FIELD: measuring equipment.
SUBSTANCE: sample is manufactured in the form of an axisymmetric body with parallel upper plane and base and perpendicular lateral walls, its placement between the plates of the testing machine, loading by moving the upper plate at a constant speed, fixing the limiting values of its elastic deformation and, corresponding to the limiting elastic contact force, with determination of the specific energy of mechanical destruction as their product, referred to the value of mass of the whole sample. A sample made of ice is used, with the possibility of localization of fractures on the upper portion of sample, using a sample whose smallest base is 1.12-2 times larger than the smallest size of the upper plane, and the sample height is 2.5-4.0 of the smallest size of its base. The moving speed of movable plate corresponds to the drift velocity of ice field. Density of ice is determined and limiting changes in the height of fractured part of ice sample and the limiting contact force are continuously recorded. The specific fracture energy is calculated as the integral area of that portion of changes graph of parameters such as the limit value of sample elastic deformation and the corresponding limit value of elastic contact force recorded during the test, which describe the fracture process only in the part of the sample to be destroyed, or the specific fracture energy is calculated according to the formula.
EFFECT: ability to obtain reliable results in laboratory conditions of determining the energy characteristics of ice destruction, required for the design of transport hydraulic structures, and structures on the shelf of freezing seas.
3 dwg

Description

Изобретение относится к области исследования механических свойств материалов, а точнее к способам (нагружения материала образца) определения энергетических характеристик разрушения льда.The invention relates to the field of research of the mechanical properties of materials, and more specifically to methods (loading a sample material) of determining the energy characteristics of ice fracture.

Известен способ определения удельной энергии механического разрушения материала, включающий изготовление его образца в виде осесимметричного тела с параллельными верхней плоскостью и основанием и перпендикулярными им боковыми стенками, его размещение между плитами испытательной машины, нагружение, перемещением верхней плиты с постоянной скоростью, с фиксацией предельных значений его упругой деформации и, соответствующей предельной упругой контактной силы, с определением удельной энергии механического разрушения как их произведения, отнесенного к значению массы всего образца (см. ГОСТ 29167-91. Бетоны. Методы определения характеристик трещиностойкости (вязкости разрушения) при статическом нагружении).A known method for determining the specific energy of mechanical destruction of a material, including the manufacture of its sample in the form of an axisymmetric body with a parallel upper plane and base and side walls perpendicular to it, its placement between the plates of the testing machine, loading, moving the upper plate at a constant speed, with fixing its limit values elastic deformation and the corresponding ultimate elastic contact force, with the determination of the specific energy of mechanical fracture as they are produced reference to the mass value of the entire sample (see GOST 29167-91. Concretes. Methods for determining the characteristics of crack resistance (fracture toughness) under static loading).

Основным недостатком этого способа является несоответствие характера создаваемого вида нагрузки на единичный объем материала в образце и в теле конструктивного элемента сооружения, в частности для льда – в массиве ледового поля. Испытуемый образец ограниченных размеров подвергается деформациям, направленным на изменения его объема и формы под действием объемных полей напряжений, создаваемых одноразовым статическим действием жестких плит испытательной машины на две его противоположные грани. Накопленная в образце потенциальная энергия при таком методе испытания в несколько раз превышает величину энергии, определенную по диаграмме сжатия или рассчитанную по теории упругости. Такой образец льда, в отличие от некоторого ограниченного объема этого материала загружаемого локальной нагрузкой в массиве торцевой грани движущегося ледового поля, работает как самостоятельная конструкция, поэтому удельная работа деформаций, отнесенная к объему материала во всем образце, не является критерием разрушения испытуемого материала и не характеризует механические свойства материала, проявляемые им в массиве. Кроме того, работа разрушения образцов включает в себя также различные виды потерь энергии при испытании, а также не учитывает погрешности при ее вычислении работы, затрачиваемой на вынос обломков льда из зоны контакта, которая при больших скоростях испытаний может быть соизмеримой по величине с работой, затрачиваемой на деформацию и разрушение образцов, но может значительно превысить ее.The main disadvantage of this method is the discrepancy between the nature of the created type of load on a unit volume of material in the sample and in the body of the structural element of the structure, in particular for ice, in the ice field array. The test sample of limited size is subjected to deformations aimed at changing its volume and shape under the influence of volumetric stress fields created by the one-time static action of the rigid plates of the testing machine on its two opposite faces. The potential energy accumulated in the sample with this test method is several times higher than the energy determined from the compression diagram or calculated from the theory of elasticity. Such an ice sample, in contrast to a certain limited volume of this material loaded by local load in the end face of the moving ice field array, works as an independent structure, therefore the specific work of deformations referred to the volume of material in the entire sample is not a criterion for the destruction of the test material and does not characterize mechanical properties of the material, manifested by him in the array. In addition, the work of destruction of samples also includes various types of energy losses during the test, and also does not take into account the error in its calculation of the work spent on the removal of ice fragments from the contact zone, which at high test speeds can be comparable in magnitude with the work spent deformation and destruction of samples, but can significantly exceed it.

Таким образом, этот способ не обеспечивает точности значений и адекватности получаемой величины удельной энергии механического разрушения льда для условий квазидинамического процесса многоциклового локального разрушения его массива, при воздействии ледяного поля на опору сооружения.Thus, this method does not ensure the accuracy of the values and the adequacy of the obtained value of the specific energy of mechanical destruction of ice for the conditions of the quasi-dynamic process of multi-cycle local destruction of its massif, when the ice field affects the support of the structure.

Задачей изобретения является обеспечение точности значений и адекватности получаемой величины удельной энергии механического разрушения льда, соответствующих квазидинамическому процессу многоциклового локального разрушения его массива, при воздействии ледяного поля на опору сооружения.The objective of the invention is to ensure the accuracy of the values and the adequacy of the obtained specific energy of mechanical destruction of ice, corresponding to the quasi-dynamic process of multi-cycle local destruction of its massif, when the ice field acts on the support of the structure.

Технический результат, получаемый при решении поставленной задачи, выражается в том, что в процессе лабораторных испытаний обеспечивается соответствие механизма разрушения льда в испытываемых образцах механизму разрушения льда на контакте с опорой гидротехнического сооружения и тем самым обеспечивается возможность получения в лабораторных условиях достоверных результатов определения энергетических характеристик разрушения льда, необходимых для проектирования транспортных гидротехнических сооружений, а также сооружений на шельфе замерзающих морей.The technical result obtained when solving the problem is expressed in the fact that during laboratory tests the mechanism of ice destruction in the tested samples is consistent with the mechanism of ice destruction at the contact with the support of the hydraulic structure, and thus it is possible to obtain reliable results in laboratory conditions for determining the energy characteristics of destruction ice necessary for the design of transport hydraulic structures, as well as structures on the shelf ie freezing seas.

Для решения поставленной задачи способ определения удельной энергии механического разрушения материала, включающий изготовление его образца в виде осесимметричного тела с параллельными верхней плоскостью и основанием и перпендикулярными им боковыми стенками, его размещение между плитами испытательной машины, нагружение, перемещением верхней плиты с постоянной скоростью, с фиксацией предельных значений его упругой деформации и, соответствующей предельной упругой контактной силы, с определением удельной энергии механического разрушения как их произведения, отнесенного к значению массы всего образца, отличается тем, что используют образец, выполненный из льда, с возможностью локализации разрушений на верхнем участке образца, для чего используют образец, наименьший размер основания которого в 1,12–2 раза больше наименьшего размера верхней плоскости, а высота образца составляет 2,5–4,0 наименьшего размера его основания, при этом скорость перемещения подвижной плиты соответствует скорости дрейфа ледяного поля, причем определяют плотность льда и непрерывно регистрируют предельные изменения высоты разрушаемой части образца льда и предельной контактной силы, а удельную энергию разрушения вычисляют как интегральную площадь той части графика изменения таких параметров, как предельное значение упругой деформации образца и соответствующее ему предельное значение упругой контактной силы, зарегистрированных в процессе испытания, которые описывают процесс разрушений только в подлежащей разрушению части образца, илиTo solve this problem, a method for determining the specific energy of mechanical destruction of a material, including the manufacture of its sample in the form of an axisymmetric body with a parallel upper plane and base and side walls perpendicular to it, its placement between the plates of the testing machine, loading, moving the upper plate at a constant speed, with fixing the limiting values of its elastic deformation and, corresponding to the ultimate elastic contact force, with the determination of the specific energy of mechanical failure solutions as their product, referred to the mass value of the entire sample, is characterized in that they use a sample made of ice, with the possibility of localizing damage in the upper portion of the sample, for which a sample is used, the smallest base size of which is 1.12–2 times larger than the smallest the size of the upper plane, and the height of the sample is 2.5–4.0 of the smallest size of its base, while the speed of movement of the movable plate corresponds to the drift velocity of the ice field, and the ice density is determined and continuously recorded limit changes in the height of the destructible part of the ice sample and the ultimate contact force, and the specific fracture energy is calculated as the integral area of that part of the graph of changes in parameters such as the limit value of the elastic deformation of the sample and the corresponding limit value of the elastic contact force recorded during the test, which describe the process damage only to be destroyed part of the sample, or

удельную энергию разрушения вычисляют по формулеspecific fracture energy is calculated by the formula

εcr = Δl⋅Pk / Vp⋅ρ, ε cr = Δl⋅P k / V p ⋅ρ,

где εcr - удельная энергия механического разрушения, ЕД;where ε cr - specific energy of mechanical failure, U;

Δl - предельное значение упругой деформации образца, ЕД;Δl is the limiting value of the elastic deformation of the sample, UNIT;

Pk - предельное значение упругой контактной силы, ЕД;P k - the limiting value of the elastic contact force, ED;

Vp - объем разрушенной части образца, ЕД;V p - volume of the degraded portion of the sample U;

Ρ - плотность льда, ЕД.Ρ - ice density, UNIT.

Сопоставительный анализ признаков заявленного решения с признаками прототипа и аналогов свидетельствует о соответствии заявленного решения критерию «новизна».A comparative analysis of the features of the claimed solution with the signs of the prototype and analogues indicates the conformity of the claimed solution to the criterion of "novelty."

Совокупность признаков формулы изобретения обеспечивает получение заявленного технического результата, при этом признаки отличительной части формулы обеспечивают решение следующих функциональных задач.The combination of features of the claims provides the claimed technical result, while the features of the distinctive part of the formula provide a solution to the following functional tasks.

Признак «используют образец, выполненный из льда» обеспечивает возможность определения удельной энергии механического разрушения льда.The sign “use a sample made of ice” provides the ability to determine the specific energy of mechanical destruction of ice.

Признак, указывающий, что образец выполнен «с возможностью локализации разрушений на верхнем участке образца», обеспечивает подобие механизма разрушения льда в испытываемых образцах, механизму разрушения льда в реальных условиях, на контакте с опорой гидротехнического сооружения.A sign indicating that the sample is made "with the possibility of localization of damage in the upper portion of the sample", provides a similarity of the mechanism of ice destruction in the tested samples, the mechanism of ice destruction in real conditions, in contact with the support of the hydraulic structure.

Признаки, указывающие, что «используют образец, наименьший размер основания которого в 1,12–2 раза больше наименьшего размера верхней плоскости, а высота образца составляет 2,5–4,0 наименьшего размера его основания», обеспечивают локализацию разрушаемой части образца в его верхней части, на контакте с подвижной плитой испытательной машины.Signs indicating that “use a sample whose smallest base size is 1.12–2 times larger than the smallest size of the upper plane, and the height of the sample is 2.5–4.0 times the smallest size of its base”, provide localization of the destroyed part of the sample in it the upper part in contact with the movable plate of the testing machine.

Признак, указывающий, что «скорость перемещения подвижной плиты соответствует скорости дрейфа ледяного поля», обеспечивает полное подобие механизма разрушения льда в испытываемых образцах, механизму разрушения льда в реальных условиях, на контакте с опорой гидротехнического сооружения и позволяет варьировать этот параметр.A sign indicating that “the speed of moving the movable plate corresponds to the drift velocity of the ice field” provides a complete similarity between the mechanism of ice destruction in the test samples and the mechanism of ice destruction in real conditions, in contact with the support of the hydraulic structure and allows this parameter to be varied.

Признаки, указывающие, что «определяют плотность льда», позволяют получить параметр, необходимый для расчетного определения удельной энергии механического разрушения льда.Signs indicating that "determine the density of ice", allow to obtain the parameter necessary for the calculation of the specific energy of mechanical destruction of ice.

Признаки, указывающие, что «непрерывно регистрируют предельные изменения высоты разрушаемой части образца льда и предельной контактной силы», позволяют получить параметры, необходимые для расчетного определения удельной энергии механического разрушения льда.Signs indicating that "the maximum changes in the height of the destructible part of the ice sample and the ultimate contact force are continuously recorded" allow us to obtain the parameters necessary for the calculation of the specific energy of mechanical destruction of ice.

Признаки, указывающие, что «удельную энергию разрушения вычисляют, как интегральную площадь той части графика изменения этих параметров, зарегистрированных в процессе испытания, которая описывает процесс разрушений только в подлежащей разрушению части образца» описывают возможный вариант использования результатов испытаний для определения удельной энергии механического разрушения льда.Signs indicating that “specific fracture energy is calculated as the integral area of that part of the graph of changes in these parameters recorded during the test, which describes the process of destruction only in the part of the sample to be destroyed” describe a possible use of the test results to determine the specific energy of mechanical ice destruction .

Признаки «…удельную энергию разрушения вычисляют по формулеThe signs "... specific energy of destruction is calculated by the formula

εcr = Δl ⋅Pk / Vp ⋅ρ,ε cr = Δl ⋅P k / V p ⋅ρ,

где εcr - удельная энергия механического разрушения, ЕД;where ε cr is the specific energy of mechanical failure, ED;

Δl - предельное значение упругой деформации образца, ЕД;Δl is the limiting value of the elastic deformation of the sample, UNIT;

Pk - предельное значение упругой контактной силы, ЕД;P k - the limiting value of the elastic contact force, ED;

Vp - объем разрушенной части образца, ЕД;V p - the volume of the destroyed part of the sample, UNIT;

Ρ - плотность льда ЕД…» позволяют получить величину удельной энергии разрушения при указанных характеристиках.Ρ - ice density UNIT ... ”allows to obtain the value of the specific energy of destruction at the indicated characteristics.

Заявленное техническое решение иллюстрируется чертежами, где на фиг. 1 представлен вид сбоку образца и схема его работы в процессе нагружения; на фиг.2 представлен его вид в объеме; на фиг.3 дана схема к вычислениям удельной работы (энергии) разрушения по диаграммам «Сила-деформация» при испытаниях заявленного образца льда.The claimed technical solution is illustrated by drawings, where in FIG. 1 is a side view of a sample and a diagram of its operation during loading; figure 2 presents its view in volume; figure 3 is a diagram for calculating the specific work (energy) fracture diagrams "Force-strain" when testing the claimed ice sample.

Для реализации способа необходимы испытательная машина известной конструкции, оборудованная климатической камерой или расположенная в холодном помещении, выполненная с возможностью перемещения (опускания) с заданной скоростью верхней плиты, снабженная тензометрическим измерительным комплексом, выполненным с возможностью записи всех регистрируемых параметров на персональный компьютер, с формированием графика «Сила-перемещение».To implement the method, a testing machine of known design, equipped with a climate chamber or located in a cold room, made with the possibility of moving (lowering) with a given speed of the top plate, equipped with a strain gauge measuring system, configured to record all recorded parameters on a personal computer, with the formation of a schedule, is required "Power is displacement."

На чертежах показаны образец 1, его параллельные верхняя 2 плоскость и основание 3, его наименьший размер 4, продольная ось 5 образца, его верхняя (пирамидальная) 6 и нижняя (цилиндрическая) 7 части, его верхняя кромка 8, кроме того, показаны верхняя (подвижная) 9 и нижняя (неподвижная) 10 плиты пресса, разрушенный объем льда 11.The drawings show sample 1, its parallel upper plane 2 and base 3, its smallest size 4, the longitudinal axis 5 of the sample, its upper (pyramidal) 6 and lower (cylindrical) 7 parts, its upper edge 8, in addition, the upper ( movable) 9 and lower (motionless) 10 press plates, destroyed volume of ice 11.

Кроме того, необходимы образцы 1 льда, выполненные в виде осесимметричного тела с параллельными верхней 2 плоскостью и основанием 3, с заявленными геометрическими параметрами (наименьший размер основания в 1,12–2 раза больше наименьшего размера верхней плоскости, а высота образца составляет 2,5–4,0 наименьшего размера его основания). При этом образец может быть выполнен:In addition, ice samples 1 are required, made in the form of an axisymmetric body parallel to the upper 2 plane and base 3, with the declared geometric parameters (the smallest size of the base is 1.12–2 times larger than the smallest size of the upper plane, and the height of the sample is 2.5 –4.0 of the smallest size of its base). In this case, the sample can be performed:

- в виде цилиндра или призмы квадратного сечения и снабжен фаской под углом в 45º, уменьшающей размеры верхней плоскости до заявленных значений;- in the form of a cylinder or a prism of square cross section and is equipped with a chamfer at an angle of 45º, reducing the size of the upper plane to the declared values;

- в виде усеченного конуса или пирамиды квадратного сечения;- in the form of a truncated cone or pyramid of square section;

- в виде комбинированного тела, нижняя часть 4 которого выполнена цилиндрической, а верхняя 5 выполнена как грани пирамиды квадратного сечения, соосной с нижней частью.- in the form of a combined body, the lower part 4 of which is cylindrical, and the upper 5 is made as the face of a pyramid of square cross section, coaxial with the lower part.

Образец 1 может быть выполнен точением и фрезерованием образцов из кусков отобранного реального льда (предпочтительно, формирующегося в конкретном районе акватории, примыкающем к конкретной технологической платформе), или приготовлен в льдоформах, замораживанием проб морской воды.Sample 1 can be performed by turning and milling samples from pieces of selected real ice (preferably formed in a specific area of the water area adjacent to a specific technological platform), or prepared in ice forms by freezing seawater samples.

Реализуется способ в следующей последовательности.The method is implemented in the following sequence.

Образец 1 устанавливают вертикально (с опорой основанием 3 на неподвижную нижнюю плиту 10 пресса (оборудованного климатической камерой или расположенного в холодном помещении), после чего на верхнюю плоскость 2 образца опускают до контакта с образцом верхнюю плиту 9 пресса. Далее нагружают образец 1, опуская с заданной скоростью (соответствующей скорости дрейфа ледового поля) верхнюю плиту 9 пресса. В процессе динамического взаимодействия поверхностей плиты пресса и испытуемого образца ведут, известным образом, непрерывную регистрацию изменения во времени предельных значений упругой контактной силы Pk и предельных значений упругой деформации образца глубины (высоты) разрушенной части образца Δl (ФИГ.3) с использованием тензометрического измерительного комплекса с записью всех параметров на персональный компьютер.Sample 1 is installed vertically (with the base 3 supported on a stationary lower press plate 10 (equipped with a climate chamber or located in a cold room), after which the upper press plate 9 is lowered onto the upper plane 2 of the sample until the sample is contacted with the sample. at a given speed (corresponding to the drift velocity of the ice field) the upper press plate 9. In the process of dynamic interaction of the surfaces of the press plate and the test specimen, in a known manner, continuous measurements are taken neniya time limits elastic contact force P k and the limit of elastic deformation of the sample values of the depth (height) of the specimen shattered Δl (FIG.3) using the strain measuring complex with the recording of all the parameters on the PC.

Получаемая в результате опыта кривая «Сила-перемещение» (ФИГ.3) обрабатывается с целью получения суммарного значения затраченной на разрушение льда работы упругих деформаций на фиксированной высоте разрушения образца, которая численно равна высвободившейся энергии упругих деформаций льда E в разрушенном объеме Vр испытываемого образца, вычисляемом через высоту его разрушенной части Δh с учетом измеренных перед этим размеров поперечных сечений на его верхнем основании и в сечении, расположенном на нижней границе разрушенного объема Vр. The resulting force-displacement curve (FIG. 3) is processed to obtain the total value of the elastic deformation work spent on ice destruction at a fixed fracture height of the sample, which is numerically equal to the released energy of elastic ice deformation E in the destroyed volume V p of the test sample calculated through the height of its destroyed part Δh taking into account the previously measured sizes of cross sections on its upper base and in the section located on the lower boundary of the destroyed volume V p .

Таким образом, предлагаемый способ позволяет определять удельную энергию механического разрушения льда εcr при скорости его нагружения, соответствующей скорости дрейфа ледового поля, и в условиях реализации многоциклового разрушения части образца льда, как удельные интегральные затраты энергии на работу сдвиговых и сжимающих деформаций, так как и на работу, расходуемую на выжимание продуктов разрушения льда из зоны контакта и разлет осколков по формулеThus, the proposed method allows to determine the specific energy of mechanical fracture of ice ε cr at a loading speed corresponding to the drift velocity of the ice field, and under conditions of the implementation of multi-cycle fracture of a part of the ice sample, as the specific integrated energy consumption for the operation of shear and compressive deformations, since to the work spent on squeezing the products of ice destruction from the contact zone and the expansion of fragments according to the formula

εcr = Δl⋅Pk / Vp⋅ρ, (1)ε cr = Δl⋅P k / V p ⋅ρ, (1)

где εcr - удельная энергия механического разрушения, ЕД;where ε cr is the specific energy of mechanical failure, ED;

Δl - предельное значение упругой деформации образца, ЕД;Δl is the limiting value of the elastic deformation of the sample, UNIT;

Pk - предельное значение упругой контактной силы, ЕД;P k - the limiting value of the elastic contact force, ED;

Vp - объем разрушенной части образца, ЕД;V p - the volume of the destroyed part of the sample, UNIT;

Ρ - плотность льда, ЕД.Ρ - ice density, UNIT.

Кроме того, удельную энергию разрушения можно вычислить как интегральную площадь той части графика изменения таких параметров, как предельное значение упругой деформации образца и соответствующее ему предельное значение упругой контактной силы, зарегистрированных в процессе испытания, которые описывают процесс разрушений только в подлежащей разрушению части образца.In addition, the specific fracture energy can be calculated as the integral area of that part of the graph of changes in parameters such as the limit value of the elastic deformation of the sample and the corresponding limit value of the elastic contact force recorded during the test, which describe the destruction process only in the part of the sample to be destroyed.

Таким образом, в ходе испытаний образец подвергается воздействию на его верхнюю грань жесткой плиты испытательной машины, движущейся со скоростью, соответствующей скорости движения ледовых полей в реальных условиях района, для которого проводятся исследования прочности льда. При этом процесс механического разрушения верхней части образца сопровождается спонтанно повторяющимися и чередующимися сколами боковых участков в зоне контакта образца с жесткой поверхностью плиты пресса, смятием в средней части его рабочего контакта и выжиманием продуктов разрушения льда из контактной зоны, что по набору видов разрушения и характеризующих их параметров аналогично параметрам реального процесса взаимодействия ледового поля с опорой сооружения.Thus, during testing, the sample is exposed to its upper face of the rigid plate of the testing machine, moving at a speed corresponding to the speed of movement of the ice fields in the actual conditions of the area for which ice strength studies are being conducted. In this case, the process of mechanical destruction of the upper part of the sample is accompanied by spontaneously repeating and alternating chips of the side sections in the contact zone of the sample with the rigid surface of the press plate, crushing in the middle part of its working contact and squeezing the ice destruction products from the contact zone, which is a set of types of destruction and characterizing them parameters similar to the parameters of the real process of interaction of the ice field with the support structure.

Заявленные форма и соотношение размеров образца согласно проведенным тестовым экспериментам (см. Баенхаев А.К., Беккер А.Т., Иволгин Е.С., Помников Е.Е., Цуприк В.Г. Экспериментальное определение удельной энергии механического разрушения льда методом одноосного сжатия. Материалы международной научной конференции «Полярная механика – 2016». Владивосток, сентабрь 2016. 8 с.) обеспечивают устойчивый процесс механического разрушения его верхней части в виде спонтанно повторяющихся и чередующихся сколов боковых участков в зоне контакта образца с жесткой поверхностью плиты пресса, смятием в средней части его рабочего контакта и выжиманием продуктов разрушения льда из контактной зоны, что по набору видов разрушения и характеризующих их параметров аналогично параметрам реального процесса взаимодействия ледового поля с опорой сооружения и что зафиксировано видеосъемкой и инструментальными записями кривой «сила-перемещение» с использованием тензометрического измерительного комплекса с записью всех параметров на персональный компьютер.The claimed shape and size ratio of the sample according to the conducted test experiments (see Baenkhaev A.K., Bekker A.T., Ivolgin E.S., Pomnikov E.E., Tsuprik V.G. Experimental determination of the specific energy of mechanical ice destruction by the method uniaxial compression. Materials of the international scientific conference "Polar Mechanics - 2016. Vladivostok, September 2016. 8 pp.) provide a stable process of mechanical destruction of its upper part in the form of spontaneously repeating and alternating chips of the side sections in the zone of contact of the sample with by the hard surface of the press plate, crushing in the middle part of its working contact and squeezing the ice destruction products from the contact zone, which is similar to the parameters of the real process of interaction of the ice field with the structure support by the set of types of destruction and the parameters characterizing them, and that is recorded by video and instrumental recordings of the “force” curve -moving ”using a strain gauge measuring system with recording all parameters on a personal computer.

Таким образом, заявляемый способ позволяет определять удельную энергию механического разрушения льда εcr при скорости его нагружения, соответствующей скорости дрейфа ледового поля, и в условиях реализации многоциклового разрушения части образца льда, как удельные интегральные затраты энергии на работу сдвиговых и сжимающих деформаций, так и на работу, расходуемую на выжимание продуктов разрушения льда из зоны контакта.Thus, the claimed method allows to determine the energy density of mechanical destruction ice ε cr at a speed of its loading, the corresponding ice field drift velocity, and under conditions of realization multicycle destruction of part of the ice sample as specific integrated energy consumption for operation of shear and compressive deformations and the the work spent on squeezing the products of ice destruction from the contact zone.

Claims (7)

Способ определения удельной энергии механического разрушения материала, включающий изготовление его образца в виде осесимметричного тела с параллельными верхней плоскостью и основанием и перпендикулярными им боковыми стенками, его размещение между плитами испытательной машины, нагружение перемещением верхней плиты с постоянной скоростью, с фиксацией предельных значений его упругой деформации и, соответствующей предельной упругой контактной силы, с определением удельной энергии механического разрушения как их произведения, отнесенного к значению массы всего образца, отличающийся тем, что используют образец, выполненный из льда, с возможностью локализации разрушений на верхнем участке образца, для чего используют образец, наименьший размер основания которого в 1,12–2 раза больше наименьшего размера верхней плоскости, а высота образца составляет 2,5–4,0 наименьшего размера его основания, при этом скорость перемещения подвижной плиты соответствует скорости дрейфа ледяного поля, причем определяют плотность льда и непрерывно регистрируют предельные изменения высоты разрушаемой части образца льда и предельной контактной силы, а удельную энергию разрушения вычисляют как интегральную площадь той части графика изменения таких параметров, как предельное значение упругой деформации образца и соответствующее ему предельное значение упругой контактной силы, зарегистрированных в процессе испытания, которые описывают процесс разрушений только в подлежащей разрушению части образца, или удельную энергию разрушения вычисляют по формулеA method for determining the specific energy of mechanical destruction of a material, including the manufacture of its sample in the form of an axisymmetric body with a parallel upper plane and base and side walls perpendicular to it, its placement between the plates of the testing machine, loading by moving the upper plate at a constant speed, with fixing the limit values of its elastic deformation and the corresponding ultimate elastic contact force, with the determination of the specific energy of mechanical fracture as their product, to the mass value of the entire sample, characterized in that they use a sample made of ice, with the possibility of localizing damage in the upper portion of the sample, for which a sample is used, the smallest base size of which is 1.12–2 times larger than the smallest size of the upper plane, and the height of the sample is 2.5–4.0 of the smallest size of its base, while the speed of movement of the movable plate corresponds to the drift velocity of the ice field, moreover, the ice density is determined and limit changes in the height p are continuously recorded of the destroyed part of the ice sample and the ultimate contact force, and the specific fracture energy is calculated as the integral area of that part of the graph of changes in parameters such as the limit value of the elastic deformation of the sample and the corresponding limit value of the elastic contact force recorded during the test, which describe the fracture process only in part of the sample to be destroyed, or the specific energy of destruction is calculated by the formula εcr = ∆l⋅Pk / Vp⋅ρ,ε cr = Δl⋅P k / V p ⋅ρ, где εcr - удельная энергия механического разрушения, ЕД;where ε cr is the specific energy of mechanical failure, ED; ∆l - предельное значение упругой деформации образца, ЕД;∆l is the limiting value of the elastic deformation of the sample, UNIT; Pk - предельное значение упругой контактной силы, ЕД;P k - the limiting value of the elastic contact force, ED; Vp - объем разрушенной части образца, ЕД;V p - the volume of the destroyed part of the sample, UNIT; Ρ - плотность льда, ЕД. Ρ - ice density, UNIT.
RU2016144093A 2016-11-10 2016-11-10 Method for determining specific energy of mechanical ice destruction RU2640452C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016144093A RU2640452C1 (en) 2016-11-10 2016-11-10 Method for determining specific energy of mechanical ice destruction

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016144093A RU2640452C1 (en) 2016-11-10 2016-11-10 Method for determining specific energy of mechanical ice destruction

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2640452C1 true RU2640452C1 (en) 2018-01-09

Family

ID=60965431

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016144093A RU2640452C1 (en) 2016-11-10 2016-11-10 Method for determining specific energy of mechanical ice destruction

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2640452C1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU540190A1 (en) * 1974-05-29 1976-12-25 Институт Механики Московского Государственного Университета Им.М.В.Ломоносова Method for testing samples for triaxial compression
SU945739A1 (en) * 1980-11-21 1982-07-23 Войсковая часть 70170 Material dynamic strength determination method
SU1310680A1 (en) * 1985-07-26 1987-05-15 Хабаровский политехнический институт Method of strength testing of ice
CN204556383U (en) * 2015-04-30 2015-08-12 中国电建集团中南勘测设计研究院有限公司 A kind of sea ice Mechanics Performance Testing fixture

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU540190A1 (en) * 1974-05-29 1976-12-25 Институт Механики Московского Государственного Университета Им.М.В.Ломоносова Method for testing samples for triaxial compression
SU945739A1 (en) * 1980-11-21 1982-07-23 Войсковая часть 70170 Material dynamic strength determination method
SU1310680A1 (en) * 1985-07-26 1987-05-15 Хабаровский политехнический институт Method of strength testing of ice
CN204556383U (en) * 2015-04-30 2015-08-12 中国电建集团中南勘测设计研究院有限公司 A kind of sea ice Mechanics Performance Testing fixture

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Liu et al. Evaluation and prediction of material fatigue characteristics under impact loads: review and prospects
Wang et al. Fracture evolution in artificial bedded rocks containing a structural flaw under uniaxial compression
JP6999553B2 (en) Measurement of material properties under local tension through contact mechanics
Fan et al. Characterization of anisotropic mode II fracture behaviors of a typical layered rock combining AE and DIC techniques
Chen et al. Shear behavior of intact granite under thermo-mechanical coupling and three-dimensional morphology of shear-formed fractures
Lei et al. Strain localization and cracking behavior of sandstone with two gypsum-infilled parallel flaws
Zhang et al. A method for the determination of individual phase properties in multiphase steels
RU2483214C1 (en) Method for determining specific surface energy of destruction of solid bodies
Zheng et al. Influence of distinct testing methods on the mode-I fracture toughness of Longmaxi shale
Zhao et al. Comparative study on modes I and II fracture characteristics of bituminous coal using asymmetric semi-circular bend specimen
RU2640452C1 (en) Method for determining specific energy of mechanical ice destruction
Lesiuk et al. Energy description of fatigue crack growth process-theoretical and experimental approach
RU2521116C1 (en) Determination of rock specimen mechanical properties
RU170057U1 (en) Axial compression test specimen
RU170013U1 (en) Axial compression test specimen
RU170014U1 (en) Axial compression test specimen
Taylor et al. Fracture and damage during dynamic interactions between ice and compliant structures at laboratory scale
CN107764731A (en) A kind of material ball blast experimental method
Tsakalakos et al. Measurement of residual stress distributions by energy dispersive X-ray diffraction synchrotron radiation
Dillenburg Rate dependency in conical ice indenter failure
Bekker et al. Studies of specific energy fracture of ice using method test samples on uniaxial compression
Glaser et al. Comparison between Stereo Optical Strain Measurements and Finite Element Results in Stress Concentration Zones
RU2447284C2 (en) Method for detection of poisson ratio of rocks
RU2598972C1 (en) Method for evaluating physical-mechanical properties of high-viscosity sheet structural steels
Shui et al. Investigation of the fracture characteristics of mixed-mode I/III crack by using two kinds of sandstone specimens

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20181111