Резонансный метод разрушения ледяного покрова Козин, Виктор Михайлович

Введение к работе

Актуальность темы. Разрушение лепяно.го поіфова с цельга продления навигации имеет важное' наропсхоэяйственное значение. Сезонность реччсго и уменьшение грузооборота морского флота в зимнее время приводит к перегрузке других видов транспорта. Особенно остро проблема продления навигации стоит на Севере, Сибири и Дальнем Востоке. Все большее значение приобретает борьба с ледовыми затруднениями на внутренних водных путях, т.к. заторы, зажоры и пр. ежегодно наносят большой ущерб.

Имеющийся ледокольный флот не способен в полной мере решить задачу гарантированного разрушения льда. Ограниченная ледопрохо-димость на мелководье, большие энергетические затраты ледоколов на разрушение ледяного покрова и др. заставляют совершенствовать существующие и искать принципиально новые способы борьбы со льдом. В этом направлении перспективы открываются в связи с использованием резонансных аффектов в механике разрушения льда.

Цель работы. Исследование закономерностей разрушения ледяного покрова, резонансным метопом, т.е. путем возбуждения в ледяном покрове движущейся нагрузкой изгибно-гравнтационных волн (КГЗ) с резонансной частотой. Разработка зависимостей я рекомендаций для практической реализации резонансного метопа в реальних ледовых 2/СЛОВИЯХ,

Научная новизна. Поставленная в работе проблема ранее не ставилась, т.к. разрушение ледяного покрова вследствие его резонансных колебаний рассматривалось как нежелательное. Основной кельи известных исследований было определение безопасных нагрузок и режимов движения транспортных средств по летшюму полю, использующемуся в качестве несущих платформ, автозимников, взлетно-посадочных полос, и переправ. В диссертации поставлена про-тивополох-.ная задача, при репенян которой получены параметры ПГВ, приводящие к гарантированному разрушению ледяного покрова, а также характеристики нагрузок, возбуждающие такие волны. Исследованы закономерности разрушения льда при возбуждении ИГЗ ограниченной в плане нагрузкой. Получена взаимосвязь между толщиной разрушаемого льда и параметрами нагрузки с учетом ледовых условий.

Достоверность. Полученные результаты основаны па использовании в качестве исходного классического уравнения колеба ний пластины на упругом основании поп воздействием внешних нагрузок. Достигнуто совпадение теоретических результатов исследований как с опытными данными автора, так и других экспериментов. Выводы и зависимости проверялись на мелко- и крупномасштабных моделях, на натурных объектах с использованием искусственного и естественного льпа в полевых условиях.

Применение и практическая значимость работы, Показаны возможности и эффективность разработанного метода разрушения ледяного покрова. Предложены рекомендации по совершенствованию технологии выполнения ледокольных работ резонанснім методом. Определена рациональная область применения метода. Разработана и нашла применение инструкция по использованию кораблей на воздушной попуике (КВП) для разрушения ледяного покрова резонансным методом. Начиная с IS88r. ежегодно КВП типа "Скат" и "Мурена" используются для вскрытия еопоємов с целью более раннего открытия навигации и расконсервации судов.

Полученные результаты используются в научно-исследовательских и хоздоговорных работах, выполняемых в Нижегородском, Дальневосточном л Комсомольеком-на-Лмуре политехнических институтах, институте машиноведения и металлургии ДВО РАН. Настоящая работа заинтересовала и Главное Управление навигации и океанографии, что выразилось в заказах на выполнение хоздоговорных работ. Теоретическая часть диссертационной работы вошла в лекционный к.урс по теории корабля, читаемый в Комссмольском-на-Амуре политехническом институте для студентов кораблестроительного факультета, а конечные выводы -в инструктаж для командиров КВП, задействованных при выполнении ледокольных работ резонансным методом.

К аза щ и г у в и н о с я т с я:

результаты экспериментальных исследований резонансных эффектов в механике разрушения ледяного покрова;

результаты экспериментально-теоретических исследований напряжен-но-деформкрояанного состояния (НДС) ледяного покрова с различными ледовыми и граничными условиями при воздействии на него динамических нагрузок в условиях изгибно-гравитационного резонанса (ИГР);

- технология выполнения ледокольных работ резонансным метопом.

Апробация р а б о т ы. По результатам работы спела-но более 30 псклапсв на семинарах, научно-технических конференциях и международных симпозиумах.

Публикации. Основные результаты работы отражены в 47 работах. Всего по теме диссертации опубликовано 86 работ, в том числе опна монография и 22 изобретения.

Важное значение вопросов пинамики ледяного покрова для практической деятельности вызывает большой интерес ученых к этой проблеме. Поэтому теория изгибно-гравитационных волн (ИГВ) довольно хорошо разработана. Значительный вклад в эти исследования внесли: В.В.Богородский, Л.М.Бреховский, А.Е.Букатов, В.П.Гаврило, С.С.Го-руикевич, Н.Н.Зубов, В.А.Зуев, К.Е.Иванов, П.П.Кобеко, В.Н.Кра-сильников, Ю.М.Крылов, И.С.Песчанский, В.Г.Савченко,'В.Н.Смирнов, В.А.Спичкин, А.Д.Сытинский, В.П.Трипольников, Д.Е.Хейсин, Л.В.Черкесов, А.П.Крсри, М.Эвинп, К.Ханкинс, Ж.Келлер, Ж.Робин, В.А.Сквай-ер, Т.Такидзава, Д.Е.Невел и пр.

Глубокая изученность теории ИГВ позволяла исследователям предсказать не только возникновение во льду явлений резонанса, опасны;-: с точки зрения эксплуатации ледяного покрова, но и начать проработки по его использованию для нужд лепотехники. Однако впервые резонансный метоп разрушения льда начал использоваться за рубежом только с 1975г., когда канадцы случайно обнаружили способность амфибийных судов на воздушной подушке (СВЩ разрушать лед путем возбуждения ИГВ.

У нас в стране с явлением резонансного разрушения льда впервые столкнулись водители на Ладожской трассе "Дорога жизни", когда автомашины на резонансных скоростях проваливались поп лед. При этом прочность льда не вызывала сомнений, т.к. рядом с образовавшейся майной с меньшими скоростями проходили более загруженные машины. Позме сотрудниками ААНИИ высказывалось препположение о возможности использования СВП для реализации резонансного метопа разрушения льпа после испытаний в 1962г. СВП "Сормович" на Волге. Появление значительных деформаций льпа при движении по нему нагруз-

ки отмечалось и в процессе испытаний первых отечественных СВП проф. В.И.Левкова в 1932г. Аналогичные результаты были установлены и в 1924г. при эксплуатации ледовых железнодорожных переправ. Однако этим фактам не придавалось значения,и работы в этом направлении не проводились.

Сущность резонансного метода разрушения ледяного покрова (РМРЛЩ заключается в следующем. При движении по льду нагрузки в последнем развивается система ИГВ. Если скорость нагрузки близка к минимальной фазовой скорости этих волн, то возникает резонанс, т.е. амплитуды колебаний лепяного покрова резко возрастают и лед при определенных параметрах нагрузки начинает разрушаться с минимальными энергозатратами.

Резонансный метоп разрушения льда может осуществляться любім транспортным средством, обладающим способностью перемешаться по ледяному покрову с достаточной скоростью и возбуждающим необходимую пля разрушения льда амплитуду ИГВ. С точки зрения эффективного использования и безопасности эксплуатации при осуществлении РМРЛП наиболее пригодны амфибийные суда на воздушной подушке (СВП). В связи с этим практическое приложение полученных в работе результатов рассматривалось для этого класса транспортных средств.

' Экспериментальные исследования.

За рубежом одними из первых инструментальных наблюдений за ИГЕ были исслеповання в 1951г., проведенные в процессе экспедиций на ледяных полях в море Бофорта с целью геофизического анализа. У нас в стране впервые наблюдения за ИГВ, возникающими от воздействия ветра, были проведены С.А.Еернштейном в 1928г. на р.Волга. Регулярные исследования как у нас, так и за рубежом начали проводиться лишь с 50-х годов. Основным объектом наблюдений в отих работах являются длинные гравитационные волны естественного происхождения; нзгибные волны, вызванные уларом, взрывом или разломом льда, а также акустические поля. Это исслеповання А.Крери, К.Ханкинса (1960-1963г.), Г.Робина (1963г.), В.Н.Смирнова (1967г.) и др.

Волнообразные колебания ледяного покрова от действия импульсной нагрузки впервые записал М.Н.Каоккн (1935г.) Однако он пришел к ошибочному выведу, утверждая, что при расчете прочности льда этими колебаниями можно пренебречь. Анализируя данные с волнообразны/ колебанияхледяного покрова при перемещении грузов, Г.Р.Брегман и Б.В.Проскуряков (1942г.) пришли к выводу о существовании некоторой скорости, превышение которой может привести к разрушению ледяного покрова. Необъяснимые с точки зрения статического воздействия нагрузки случаи пролома яьда поп яьияущишея автомашинами и самолетами заставили обратиться к изучению волновых процессов К.Е.Иванова, П.П.Кобако, А.Р.Шульмана, Й.С.Песчанского (1946г.). В.Ключарев и С.Изюмов (1945) установили увеличение несущей способности ледяного покрова при движении груза, масса которого была предельной при статическом нагружении. В.В. Смирновым (1976г.) проводились эксперименты по исследованию распространения волн в ледяном покрове с целью определения физико-механических свойств льда.

Среди экспериментальных работ последних лет по исследованию ИГВ, возникающих при движении нагрузки, можно отметить работы Х.Е.КраПнера (1953г.), Е.Лекурта (1975г.), Т.Такипэавы (1977-1978г.), В-.Сквайера (1960-1985г.) и В.А.Зуева (І98І-І9В2г.).

Заметим, что зее экспериментальные исследования проводились на сплошном льду и при нагрузках ниже критических.

Теоретические исследования.

Теоретическая сторона проблемы наиболее интенсивно развивалась за три последних десятилетия. Впервые колебания плавающего ледяного покрова как тонкой однородной упругой пластины в 1837г. рассмотрел А.Гринхилл, определивший зависимость фазовой скорости поверхностны/ волн от волнового числа. М.Юинг и А.Крери в 1934г. оценили влияние сжимаемости волы на распространение ИГВ, а в 1951г. М.Эвинг и Ф.Пресс рассмотрели распространение упругих колебаний в плавающей ледяной плите конечной толщины. Интерес к исследованиям динамики лепяного покрова значительно повысился в период второй' мировой войны. Голушкевичем СО.(1947г.) в связи с эксплуатацией ледовой трассы "Дорога жизни" были проведены значительные теоретические исследования: был проведен анализ влияния волновых движений воды на напряженно-деформированное состояние (НДС) лепяного покрова вследствие приложения ко льлу подвижной и импульсной нагрузок. Анизотропия упругих свойств льда учитывалась Д.Андерсоном (1961г.), пред-ставивщ м ледяной покров как трансверсально-упругиіі слой. Д.Е.Хей-синьм (19о7г.) рассматривалось воздействие различного рола пичйми-ческих нагрузок на плавающий ледяной покров, а также ряд задач океанологического и акустического характера. Упругие волны в плавающей ледяной пластине, вызванные источниками колебаний, расположенными в воле или в воздухе, исследовались Ф.Прессом и М.Овингом (1951г.). В.Н.Красилыжковьм и Д.П.Коузовым (19б2-1963г.) были решены задачи о дифракции и рассеянии упругих волн во льлу, о прохол:-пении из гиб. них волн через торос, о возбуждении колебаний при образовании третин в ледяном покрове. Исследовались нестационарные задачи (Д.Е.Хейеик. 1971г.), а также возбуждение и распространение колебаний льда при наличии потоков и развитой плотностной стратификации в воде, задачи о влиянии снежного покрова,продольного растяжения и сжатия на неустановившиеся ИГВ, неустановившиеся колебания !'рейфу"лего в неоднородном море ледяного покрова (1979г.) (А.Е.Букатов, Л.В.Черкесов, 1970-1979г.) и пр. В линейной постановке асимптотический анализ пространственных установившихся волн, возникающих при равномерном и прямолинейном движении области давления по изотропной упругой пластине, плавающей на поверхности слоя идеальней нестираемой жидкости конечной глубины, проверен в работах С.Ф.Допенко < 1976г.). Влияние вязкости воды на параметр?; ИГВ в

зависимости от толщины льда исследовал А.И.Лебедев (1969г.). Исследования, посвященные оценке лепоразрушаюших свойств нагрузки, движущейся с критической скоростью, впервые выполнены В.А.Зуезым (1977г.). Для случая мелкой волы им решена плоская задача по определению минимально необходимого давления, достаточного для возникновения во льду предельных,напряжений. В.А.Тахтеевым и Н.Г. Храпаткм (1983г.) с помощью вариационных принципов изучались ИГВ конечной амплитуды. В линейной постановке исследование свободных ИГВ в ледяном покрове при неравномерном,сжатии выполнено А.Е.Бу-катовым и A.M.Гончаровым (1909г.). Ь своих последних-работах Р.Хаскинг (1988г.)" рассмотрел реакцию ледяного покрова, представленного как вязко-упругая плита, на равномерно движущуюся сосредоточенную нагрузку.

Таким образом, многие частные вопросы динамики ледяного покрова довольно полно изучены как отечественными, так и зарубежными исследователями.

Направления исследований проблемы.

Исследования возможностей РМРЛП и определение наиболее рациональных областей его применения проводились на основе экспериментально-теоретического анализа НДС ледяного покрова при пвиженин по нему ограниченной в плане нагрузки в условиях изгибно-гравита-иионного резонанса (ИГР). Анализ известных исследований в области динамики ледяного покрова говорит о все более возрастающем интересе к данной проблеме. Однако вопрос о расчете НДС при ИГР остался неисследованным. Известные решения задачи об изгибе ледяного покрова под действием движущейся нагрузки дают бесконечна большие прогибы при резонансе, что не позволяет использовать их в инженерных расчетах. Это связано с несовершенством принимаемых в исследованиях моделей пластин и оснований, или so идеализации и упрошений, которые позволяют получить зависимости, пригодные только для общего анализа-поведения ледяного покрова. Устранить подобный непостаток можно путем учета вязкостных свойств льда. Поэтому в теоретических расчетах рассматривались вязко-упругие колебания ледяного покрова с целью учета диссипации энергии в колеблющейся системе. Параметры, характеризующие затухание колебаний льда, определялись из соответствующим образом поставленных и известных

9,

опытов с ледяным покровом в естественных условиях.

Экспериментальные исолесования проводились только в области упругих деформаций льда, либо по момента трешинообразования, т.к. пальнейшее нагружение лесяного покрова в известных опытах было небезопасно. Поэтому для постижения поставленной цели эксперименты проводились по стадии полного разрушения ледяного покрова.

Своеобразный характер разрушения ледяного покрова резонансным методом требует разработки и новых критериев оценки лепоразрушаго-тцих качеств возмущающих нагрузок. Не по конца выяснен тип реологической модели льда, которую следует принимать в теоретических расчетах. Запачи динамики ледяного покрова многогранны. В связи с чем, автор ограничился изучение?.* влияния на леаоразрушающую способность нагрузки ее интенсивности и скорости, ледовых условий,характеристик акваторий, физико-механических свойств льда и интерференции волновых систем.

Леп обычно рассматривается как упругий изотропный материал, а для изучения его НДС привлекается аппарат теории изгиба упругих пластин. В действительности, ледяная пдастина облапает анизотропией вследствие градиента температуры по толщине, различного хим. состава, ориентации кристаллов по слоям, наличия примесей и пр. В вопросах волновых колебаний ^ти факторы учитываются путем рассмотрения трансверсалько-изотропкой модели льда с последующим переходом к изотропной, но с приведенным модулем упругости. С учетом поставленной в работе задачи и выбранного критерия разрушения льда (см. ниже) такой подход в данном уровне исследований является приемлемым.

Соотношения между напряжениями и деформациями во льду носят вязко-упругий характер и зяеисят от режима чагружения. Учет отих свойств в условиях изгибно-грзвитационного резонанса позволит избавиться от неопределенности в теоретическом решении и получить реальную карттіу НДС ледяного покрова в районе приложения нагрузки

Выполненные исследования показывают, что для описания волновых колебаний льда при ИГР можно принять закон пеформирозания упруго-:-апаэдыйающей среды Кельвича-Фойгта. Тогда дифференциальное уравнение вязко-упругих колебаний ледяного покрова поя действием движущейся со скорость;:) W нагрузки 4- в подвижной системе координат SZJ/JS (рис. I) будет иметь вил

3 линейном прнбли^ечки/ЬД-Д/^- -Fjfcj]^ ^ +&$&*,

где 6' - модуль упругости льда при изгиоі; /г- - толщи-

на ледяного покрова; 2р - время релаксации деформаций;

W~ - прогиб льда; f - ускорение силы тядести; р_л

V? - плотность льда и воды; *Р - потенциал движения жидкости; р.< ., р - абгмлпгнпе давление жидкости на нижнюю поверхность льда л статике и дчнзмике соответственно.

Г-Э

WW/Jf^ ^/^ГЖ^ЖЩГЯУ^ /^w

Рис. I Расчетная схема возпействия нагрузки на леапной покров

Снег и поплепкое течение влияют на параметры ИГВ. С учетом этих факторов и при несташонарном движении нагрузки уравнение (I) запишем так

+

где 2 '> У^с-' ^ ~ коэффициент вязкости, плотность и толщина снежного покрова.

Для определения р-р₀ используем интеграл Лэгранжа-Коши:

ГПЄ // = ///,<. $? /f 4- 3J? ' 0? / - СКОРОСТЬ ПВИЖениЯ жидкос
ти относительно неподвижной системы коорлинат сС,^*, ;

И-е , У~о - проекции скорости по пленного течения на оси <йг^,<^;

Щ,—ІСГ; Оj ОХ - поступательная скорость нагрузки.

Препвррительная внутренняя напряженность ледяной пластины (при подвижках лепяных полей) также сказывается на интенсивности вынужденных колебаний льяа. Для исслепования эффективности РМРЛЛ в условиях растяжения - сжатия воспользуемся дифференциальным уравнением:

иг,*УиГ+_М«Г+М^+А$+ ^ЦГ:

(3)

'Ър'-ЫЬ-гО,

где фзь j Qy : - сжимаюше-растягивающие усилия, отнесен
ные к рлинице длины ледяного покрова; О - дельта-функция Ди
рака; Р - сосредоточенная сила.

Если размеры акватории или параметры нагрузки не позволяют Бозбупить ИГВ о интенсивностью, достаточной для разрушения льда,

то лепяной покров, как показали натурные опыты, может бить разрушен дополнительными динамическими усилиями, возникающими от периодического изменения пвгокушейся нагрузки. Для исследования возможностей такого нагрунения рассмотрены нестационарные изгибно-гра-витационные колебания системы "лен-вода" при вынужденных вертикальные гармонических колебаниях нагрузки с круговой частотой Со :

ф« + т.&\г +А,г+М %Г+А Ш, ~ ' ₍₄₎

.Pftx,y)B(t) ,

где P=P₀exp(lcot); Р_с = const ; &(t) - функция Хевисайда.

Решения уравнений (1)-(4) получены с помощью интегральных преобразований. По найденным значениям прогибов W с учетом деформации упругой и течением вязкой фаз льна определялся уровень напряжений в крайних волокнах ледяной пластины.

Влияние ледовых условий (ограничение акватории по ширине, близость береговой линии, наличие во льну свободной кромки, локальных нзодноропностей в виде майн и торосов) на возможности РМРЛП исследовалось путем численного решения уравнения (I). Интерференционные процессы при воздействии на леи нескольких' источников одновременно анализировались с помощью принципа суперпозиции.

Теория волновых; колебаний лепяного покрова пока еще не разработана чаетелько, чтобы дать все ответы на практические задачи разрушения льда изгибно-гравитацмочными волнами, для получения зависимостей, позволяющих определить взаимосвязь параметров нагрузки с толщиной разрушаемого льда в различных леновых условиях проведен ряп экспериментов в натурных условиях с естественным ледяным покровом. С целью уменьшения трудоемкости экспериментальных исследований, обеспечения стабильности свойств объекта исследований и получешія устойчивых результатов з работе широко испс".ковался молельный эксперимент.

Моделирование лепевых условий носит условный характер, то объясняется принципиальной невозможностью удовлетворить в модельном эксперименте Bcetf требованиям, вытекающим из теории подобия. Кроме этого, в натурных условиях характеристики лепяного покрова: толщина делового поля, физико-механические свойства льна, степень тороенстости и заснеженное, бапы-шеть, протяженность отдельных льпин и пр. непрерывно мзняются по хопу движения судна и не могут быть зафиксированы с достаточной степенью точности. Все это приводит к необходимости задаваться в модельном эксперименте осреднениями характеристиками. Поски„;ьку прочностные свойства лепяного покрова значительно зависят от его толщины, в модельных испытаниях для выявления масштабного эффекта использовались полунатурные модели. Их испытания осуществлялись в начале ледостава на естественных акваториях. Была провеяена серия опытов..}^ в искусственном льду в опытовых бассейнах.

Техническое обеспечение экспериментальных исследований.

Возможности резонансного метопа разрушения ледяного покрова изучались в лабораторных и полевых условиях. В соответствии с згим техническое обеспечение включало в себя комплекс моделей СВП глп оптовых бассейнов, крупномасштабных самоходных моделей и натурных КВГІ. Их главные раомер^ния и параметры приведены в Табл. 1-2.

Таблица 2. Параметры использованных СВП

Лабораторные опыты проводились в ледовом бассейне Нижегородского политехнического института, опытовом бассейне и аэровинами-ческой трубе переменной плотности (АШП) Комссмольского-на-Амуре политехнического института. Параметры бассейнов привепены в таблице 3.

Таблица 3.

Параметры бассейнов

Тип бас- Длина, Ширина, Глубина, Максим.
сейна, м диаметр, м скорость

трубы м буксиров-

ки, пропуски , м/с

Тип бук- Дополни-

сировоч- тельное

ной сие- оборупо-

теми вание

Ледовый 15 1,5

НГЛИ

4,2

Опытовый КнАПИ

Опытовый КнАПИ

АТПП

0,7

1,0 v

Динамо-метричес-кап,гравитационная

Динамометрическая

второе дно

течзо-весы

В техническое обеспечение вхопили также портовый буксяр м малий артиллерийский корабль - пял обеспечении возглуї.коєтіг воспроизводства лойового поля; вертолет - для получения пространственной картины разрушения льна.

'Контрольно-измерительная аппаратура и технологическое оборудование.

Проведение экспериментов по возбуждении ИГВ в условиях разрушающегося леияного покрова потребовало изготовления специальных датчиков и технологической оснастки, приспособления иъ;пускае;,:ътх приборов пля работы на льну в нетрадиционном применении. Все оборудование было сгруппировано в специальные измерительные комплексы, которые были разделены на следуюгапе группы:

а) аппаратура к оснастка пля проведения лабораторного эксперимен
та на мопели сплошного ледяного поля;

б) контрольно-измерительные приборы пля провепения испытаний в
натурных условиях;

а) измерительная аппаратура пля постановки опытов с искусственным

битым льпом в опытовом бассейне; г) технологическая оснастка пля определения параметров липовой

обстановки и физике—механических свойств льпа.

В табл. 4-6 приведена краткая информация об использованном и изготовленном оборудовании.

Таблица 4.

Аппаратура и оснастка пля проведения лабораторного эксперимента

Наименование

Тип или марка

Назначение

1. Эхотахокарпиограф "РИТМ"

2. Интегрирующий усилитель

3. Прибор быстродействующий самопишущий

ЭТК--03 Изменение скорости изменения деформаций модельного льда

00 026 Интегрирование электрического сигнала от ЭТК-03

Н 3031 Регистрация колебаний льна

їїролол/ітеніїа габл. 4,

ічп или марка

ІТ032

Наименование

'U Часі'Ото:-лєр ^лектрон-

ІЇОСЧЄТМКІІ

5. Здектроптісмичсекпп эталонны"! стол

6. Двухчоортшптные с.таописны

7. лОЛЄЛЬ сплошного ль па

8. Нолель битого льза

9. Буксировочная система типа Фруяа

1С. Гравитационная буксировочная смете?* а

назначение

Измерение скорости буне'нровки мопел.ч

Тарировка Э'ПС-03 Запись профиля ИГВ

пластикат №>пелироі шие ИГЗ п сплошном льну

полиэтилен Мзпелирс ;ание волн высокого в битом льну давления

иэготсвле- Буксировка ко пели с
на постоянной скорость*

-"- Буксисовка мололи с

постоянным ус/ли ем

Таблица 5, Контрольно-измерительные приооры пля натурных испытаний

Наименование

Динамометр

Леномерная рейка

Кино-фотс-вилео-аппаратура

Налорочер

Термометр гетєо -prj логический¹

Сене/ический лат^мк

Доли;еропскиЧ из-мет:и'. ель очопоотя

Характеристика, тип

ДПУ 0,5-2,0 изготовлен

ШП-52, ДН'Кр-ІОО

ТМЗ-3

CB-5'nepso-боруаовзч)

изготовлен

Назначение

Определение тяги возпушных винтов

Замеры глубины акватории

Замеры толшины льда, снега,высоты торосог

Визуальная регистрация параметров битого льла и волн

Опиеиеление павления в ВП СВІТ

Определение температуры воздуха

Запись параметров ИГ'В

Измерение скорости СВП

Таблица б. Технологическая оснастка

Наименование

1. Рычажное устройство

2. Релаксометр

3. Пресс с усилием ІОкН

Характеристика, тип

изготовлено изготовлен

Назначение

Определение предела прочности льда

Определение времени релаксации льда

Определение предела прочности льпа в зависимости от скорости нэгрукения

Методики проведения экспериментов.

Способ физического моделирования ИГЗ в ледяном покрове в лабораторных условиях был предложен автором в 1952г. Его сущность заключается в ислользовании в качестве молельного материала упругих пленок. Принципиальная возможность такого подхода подтверждена соответствующими наблюпениями за повепенкем льпа в натурных условиях и экспериментами.

На основе положений теорий подобия получены следующие формулу пересчета моделируемых параметров:

Л„

'Им

'ЛЬ

-А

а»

&-*" &-/⁽⁵⁾

где - модуль упругости льда; И - глубина волы;

Л- - длина ИГВ; А - линейный размер; Т - харак-

терный" промежуток времени; „н ₄ /у" - индексы, относящиеся v. натурному v, модельному параметрам; Р> - моауль геометрического подобия.

Следует отметить особенность предлагаемой методики. Если в опытобых бассейнах модуль геометрического подобия выбирается в .^ав1'с;;м9стк от размеров самого бассейна, то ;< преилагаеиоц - ли--пє'.їні!''" масштаб определяется модулем упругости материата, зьГ'ран-чг,го ;:л« моделирования ледяно" пластины. После чего опенипнотся

соразмерность полученного масштаба с размера бассейна. Заметим также, что полученные соотношения справедливы лишь при моделировании упругого поседения ледяного покрова.

В ледовом бассейне размерами L*&*H~15* t, * О,? н опыты проводились с целью исследования влияния ледовых условий, в частности,глубины воды,ограничения форватера по ширине на закономерности формирования и распространения ИГВ. Для получения поля льда использовались естественные низкие температуры, т.е. эксперименты проводились на тонком льду натурального состава с естественными физико-механическими свойствами.

ИГВ в бассейне возбуждались путем перемещения по льду распределенной нагрузки. Для этого использовались динамометрическая буксировочная система бассейна, обеспечивающая необходимую скорость буксировки. Использование подвесного дна позволяло получить необходимое мелководье.-

Натурные и крупномасштабные модельные эксперименты проводились и периоп 1980-1992г. При проведении испытаний целью ставилось:

получение экспериментальной зависимости толщины разрушаемого льда от параметров нагрузки и ледовых условий;

исследование закономерностей разрушения ледяного покрова в условиях изгпбно-гравитационного резонанса;

исследование лепоразрушаюлей способности нагрузки при нестационарных режимах движения;

изучение интерференционных процессов при групповом движении нагрузок;

исследование влияния локальных разрушений и наличия свободной кромки на эффективность РМРЛП.

Опыты начинались с равномерного и прямолинейного, движения. В качестве нагрузки использовались модели СВП и натурные десантные корабли на воздушной подушке (КВП). Эксперименты начинались на тонком льду с последующим ростом толщины ледяного покрова до предельной, т.е. до такой толщины, когда судно в указанном режиме и при движении с резонансной скоростью переставало разрушать лед. После чего исследовались нестационарные процессы. При этом СВП двигалось с ускорением, торможением, разворотом, по криволинейной траектории, с пульсацией давления в воздушной подушке с определенной частотой и резкой посадкой на днище. По мерз достижения предельной толщины льда для данных режимов эксперименты повторялись

при групповой работе супов. Установив предельную толщину льпа при парном движении (фронтом и в кильватер), исследовалось влияние локальных разрушений во льду на {-эффективность резонансного метопа. Для этого поп леп закладывались и затем подрывались фугасные заряды. Количество зарядов и проходов СВП определяло характер разрушений.

Выполнение ледокольных работ на разных глубинах и в непосредственной близости от берега позволило оценить влияние переменности глубины и отраженных от береговой черты волн на лепокольные качества СВП.

В опытах с крупномасштабными моделями СВП проводилось предварительное приготовление тонкого ледяного покрова. В сплошном льду толщиной 8-Юсм (такая толщина безопасна для нахождения людей) при помощи моторной лодки, портового буксира и малого артиллерийского корабля приготовлялась и очищалась от битого льпа майна размерами 50x30м. После намерзания нового тонкого льпа в образовавшемся естественном ледовом "бассейне" осуществлялись проходы моделей.

Исследование волнообразования в битом льду проводилось с целью определения общих энергетических затрат для возбуждения волн движущейся нагрузкой.

Моделирование волн во льду, разрушенном резонансным методом, пает возможность исключитп из рассмотрения, составляющую энергозатрат, связанную с разрушением льда. В соответствии с этим отпадает необходимость считаться с пределом прочности и модулем упругости льпа. Данное обстоятельство позволяет проводить модельные испытания в обычном (не ледовом) бассейне с применением материала, имитирующего лед, который удовлетворяет только таким требованиям теории подобия, как плотность и коэффициент трения. В качестве такого материала был использован полиэтилен высокого давления плотностью СЭт/м⁰ и коэффициентом трения по полиэтилену 0,2, что очень близко к натурному льду. Результаты натурных наблюдений показывают, что соотношения протяженности и толщины обломков льпин при РМРЛП лежат в пределах 5-8. В соответствии с этим и выбранным масштабом размеры плиток льпа составляли 10x10x2см. Форма плиток из соображений простоты укладки ледового поля и непринципиального влияния на интенсивность ИГВ была выбрана квадратной. В качестве движущейся по льду нагрузки использовалась модель СВП. Пересчет моделируемых параметров на натуру производился по закону подобия Фруда.

Энергозатраты на возбуждение волн в битом льду определялись через сопротивление буксируемой" моцели СВП. Для этого общее сопротивление разделялось на составляющие.

Полное сопротивление СВП состоит из аэродинамического Ха. ^v гидродинамического Х₃ в битом льду. Из компонентов аэропинами-че.екрго сопротивления импульсная составляющая X _lL определялась расчетным путем, а воздушное сопротивление Xg₀^, - моделированием в аэродинамической трубе переменной плотности. Оставшаяся часть аэродинамического сопротивления за счет реакций струй Х_р опреаелялась в рамках исправленного гидродинамического сопротивления

Л_г =-Х, +х„

Волновая составляющая гидродинамического сопротивления J(g рассчитывалась теоретически пля модели и натурного супна. Оставшееся гидродинамическое сопротивление объединялось в единую группу остаточного сопротивления модели Xocr " Xj ~ Xg > которую и пересчитывали на натуру по кубу масштабного коэффициента.

Критерии оценки ледораэрушаюшей способности ИГВ.

В существующих расчетных методах для определения разрушающих значений движущихся нагрузок используется уровень напряжений. При этом ледяной покров считается разрушенным, если напряжения превы-иаит соответствующие данному виду нагружения пределы прочности льда. Такой подход дает удовлетворительные результаты до образования в ледяном покрове трещин, т.е. в случаях, когда для безопасного использования ледяного покрова в технических целях необходим некоторый запас несущей способности льда, а его разрушение рассматривается как нежелательное явление.

В рамках поставленной задачи такой подход неприемлем. Возникновение в сплошном ледяном покрове предельных напряжений, т.е. появление во льду сквозных трещин и даже их частичное раскрытие не приводят к полной утрате его несущей способности. В натурных опытах установлено, что нагрузка, гарантирующая пролом льда, может в несколько раз превышать нагрузку, вызывающую появление трещин.

Причиной сохранения несушей способности ледяного покрова, разпеленного третина? на отдельные кусіга в области возникновения ЙГВ наибольшей амплитуды, являются контактные напряжения на берегах трещин. Несмотря на нарушение сплошности ледяной пластины, кинематическая и силовая связь области растрескивания с кромками сплошного лепяного поля не позволяет распасться растрескавшемуся льпу на отдельные куски. Несущая способность лепяного покрова будет полностью исчерпана, когда произойдет разрушение образовавшейся блочной конструкции и она не сможет нести нагрузку, превышающую силу плавучести её обломков.

Процесс нагружения лепяного покрова ИГВ приводит к трешинооб-разованиа с частичным "самоэалечивачием" трещин. При раскрытии трещин происходит смятие и скол острых кромок, а часть энергии ИГЕ затрачивается на преодоление сил трения при взаимном смещении и поворачивании обломков. Колебания ледяного покрова сопровождаются диссипацией энергии в воде, ледяной пластине и снежном покрове. Энергия ИГВ таїте рассеивается в присоединенных массах воды, при частичном отражении и преломлении волн в трещинах, в вине акустического излучения, вслепствие дифракции, интерференции И т.д. Теоретическая оценка этих энергетических затрат практически невозможна. Из-за сложной геометрии разлома, густоты сєтті нераскрытых трещин затруднительно определить энергию паке на образование во льду свободных поверхностей. Относительно строгому теоретическому анализу поддается лишь определение условия для их спонтанного роста (критерий Гриффитса).

Поэтому для оценки яеяоразрушаюшей способности ИГВ была использована такая интегральная характеристика, как энергия изгибно-гравитационных колебаний ледяного покрова. На основании закона сохранения энергии сделано заключение, что все перечисленные выше энергозатраты на разрушение льда равны полной анергии ИГВ, генерируемых движущейся нагрузкой. Полная энергия ИГВ представлена состоящей из потенциальной энергии изгиба ледяной пластины, энергий изгибной волны и гравитационной волны в воде. Как показывают расчеты, две последних составляющих в общем балансе энергии в области деформаций сплошного ледяного поля пренебрежимо малы по сравнению с первой. Поэтому оценка полной энергии ИГВ произведена по потенциальной энергии изгиба ледяной пластины.

Критерием пля разрушения льпа ИГВ принята предельная плотность потенциальной энергии изгиба 1С , достижение которой приводит к началу непрерывного разрушения льпа за нагрузкой. Величина ОС определена по теоретическим полям напряжений, рассчитанный пля экспериментально полученных минимальных значений нагрузок, разрушающих ледяной покров при ИГР.

Для пластины бесконечных paavrepon потенциальная энергия изгиба определяется выражением (С.П.Тпг.га;тенко, 1963г.)

ISO*"

^и« - тщ1 №"+Ф-^щ "Wy^jdxdg. (б)

Нормальные некасательные напряжения &х > "н , ^ж./ пятся из решений уравнений (1-4).

нахо-решений уравнений Разрушение льпа ИГВ ит ивижушхся наїрузок носит локальный характер и происх~~ит в непосредственной близости от места воздействия, т.е. в области максимальных пефсрмаций. В связи с отим, рассмотрена потенциальная энергия, приходящаяся на епиницу плины фронта волны и на плину волны максимальных напряжений Ь$- . Тог-иа плотность потенциальной энергии изгиба ледяной пластины определится выражением

о С учетом масгатабногэ эффекта, являгадегося причиной пониженной прочности более толстого льпа, выражение (7) перепишется в виде

. }<

где ^-0/^/6^ ' о предел прочности льда на изгиб тол-

щиной Л- і 0^ - предел прочности льпа на изгиб тол-шиной 5? 80см (при таких толщинах

проявление масштабного эффекта несу
щественно [Бутягин И.П., 1966г. ] ).
Результаты расчетов 'U при ИГР для экспериментально

полученных значений разрушающих нагрузок показали относительно стабильные значения плотности энергии (см.табл.7). Устойчивость результатов позволила в качестве критерия лепоразрушаюшей способности ИГВ, возбуждаемых сосрепоточенными нагрузками, принять теоретическую плотность потенциальной энергии изгиба ледяной пластины. По результатам проделанных опытов среднее значение предельной плотности составило U- «= 650 пж/м . Таким образом, если теоретическая плотность потенциальной энергии изгиба ледяного покрова ИГВ оказывается равной или больше найденного значения, то за нагрузкой, возбуждающей такие волны, будет происходить непрерывное разрушение ледяного покрова.

Таблица 7. Результаты расчетов теоретической плотности потенциальной энергии изгиба 21

пж/м

джДг 650

Значение скорости нагрузки LT при РМШТ имеет решающее значение. Только при W= tfy возникает ИГР, приводящий к раскачиванию ледяного покрова до наибольших амплитуд за короткий промежуток времени и разрушению льда с наименьшими энергозатратами.

Опыты по.определению резонансной скорости показали справедливость теоретических решений. В проведении* экспериментах резонансная скорость определялась по такому признаку ИГР, как значительное возрастание амплитуды изгибннх колебаний. Этот признак наиболее полно отражает наступление резонанса и при анализе был взят в качестве основного. Однако для его использования необходима установка на лед соответствующей измерительной аппаратуры, что не всегда возможно и безопасно. В условиях полного разрушения льда от про-ходоз нагрузки приходилось ограничиваться визуальныминаблюдениями за процессом возникновения и развития ИГВ. Б качестве приблизительной оценки Up в таких случаях использовались такие признаки ИГР, как появление во льду характерных длинных, имеющих плавное закругление трещин. Если снежнчй покров не позволял проводить такие наблюдения, то приближение скорости судна к 1)р оценивалось по росту ходового дифферента на корму. При испытаниях моделей в ледовом бассейне и на льду водохранилищ замерялись скорости, приводящие к пролому льда под движущейся нагрузкой либо к началу непрерывного разрушения льда на большой иирине.

Если при РМЛП возникает потребность в повторных проходах судна по льду с целью измельчения обломков и уменьшения его сплоченности (для создания судоходного канала), то скорость СВП должна быть иной, чем при первом проходе. Как показали испытания, битый-лед незначительно сказывается на таких параметрах возбуждаемых волн, как длина и скорость их распространения. Поэтому для генерации волн в битом льду с наибольшей амплитудой судно должно квитаться со скоростью, соответствующей максимальному горбу сопротивления на чистой воле, т.е. с критической скоростью

Значительно сложнее стоит задача определения скорости при пивтирчи* проходах по льду, ослабленному трещинами. Частичное нарушение сплошности льда изменяет его осрелненные упругие характеристики. На его поведении сказывается густота сетки трещин, их

2.7

характер и степень раскрытия. Способность переохлажденного ледяного покрова "заживлять" свои трещины по истечении опрепеленного времени, а в определенных условиях,мгновенно восстанавливать свою сплошность, также осложняет проблему как экспериментального, так н теоретического препварнтельного выбора наиболее эффективной скорости. Однако можно указать диапазон изменения этой скорости. Очевидно, что он ограничивается значениями сГр для сплошного и

&к для битого льда. Точное определение скорости СВП должно осуществляться в процессе выполнения ледокольных работ по косвенным признакам ИГР в каждом конкретном случае отдельно. На рис. 2 приведена диаграмма для определения скорости нагрузки (СВП) при РМРЛП.

Экспериментальная зависимость толщины разрушаемого льда от параметров движущейся нагрузки получена в результате экспериментов по разрушению льпа резонансным ^feтoцoм моделями СВП, полунатурными катерами на воздушной полушке и натурньии КВП. Результаты этих опытов представлены з табл. 9, Данные получены для пресноводного (речного и озерного) льда, а также для пресного льда, намороженного естественным путем в ледовом бассейне. Имеющаяся информация была использована для проверки расчетных зависимостей, явилась основой для разработки инструкции по использованию КВП з качестве лепоразрушающего средства и способов повышения эффективности резонансного метода разрушения льда.

Выполненные экспериментальные исследования, а также обработка известных данных позволили установить, что к числу параметров СВП, определяющих толщину разрушаемого льда при резонансном методе ломки, относятся: водоизмещение СВП, давление в воздушно;! попушке, удлинение судна, скорость его движения, физико-механические характеристики льда, глубина акватория, наличие в ледяном покрове локальных разрушений, заснененность и заторошенность льда, наличие ледового сжатия, течения и др. Если ,че учесть относительную стабильность свойств льпц в зимний период, постоянство среднего дазления в подушке для каждого класса СВП, незначительное влияние фермы в плане СВП на напряженно-деформированное состояние сплошной ледяной пластины и пренебречь неоднородностью ледяного покрова в естественных условиях, то определяющей характеристикой СВП, от которой в основном зависит толщина разрушаемого льда, является водоизмещение -^ .

НА [ s

ТТГЇЇГ

ї* ТІ *S

to о

Резлшьтаты экспериментальных исследований лепоразрулающнх свойств мозольных

и натурных СБП

Таблица 9.

! Тип t суаиа ' (мополи)

Водоизмещение

Скорость

сш,

!//С

! Виа і шзи-' женин

!

; f

Характер и прием" разрушения льна

Шкркма разрушаемой полосі; льда,».*

Мопель I

Вначале лея разрушался позади'допели по всей шпонке бассейна,затем моиель проваливалась* поп леи

Лея непрерывно разрушался

ПОД МОЦЄЛЬЮ

Проиоляенис таблицы 9,

3.Ноябрь Мопєль 3 0,071 -3,0 2,6 0 3,5

1980, 0,096 -3,6 3,0 4,5

Горьтове-кое зопо-гранилище

0,071 -3,0 3,0 О

5,0

4.0

1,0

лен растрескивался и МОПОЛЬ пиоиадтааяась поз леи

Растрескивание

статического

характера

II j.6

Модель 5 0,40

4.Ноябрь I960, Горьковс-кое воио-хранилище

5. Ноябрь 1980,

Декабрь 1981, Горьковс-кое вопо-хранилише

Мопєль 4 0,25 -4,0 2,4 0 0,8

-4,5 2,4 0 6,7

-1,0 2,8 1,0 6,0

10,0

Раскрутка тас—

Трєшнносоразс-ванне

Образован'.! г, полоси битого ль ца

Образованна раскршг.гх трс-

5,0

ложі льса""

-2,5 4,4 0 4,0

1,5

Растрс-сг:нва~ кие

Разгон Образование

назво- Кс'ЛПы

рот и

тор;»»--

кєние

Прополкение таблицы 9,

10 - II

0,45 -3,5 2,3 1,5 4,0 3,3 -"- Образование поло- 5

сы битого льда

5.Ноябрь СВП 2,1 -2,0 6,0 2,0 7,0 5,0 -"- После тоех прохо- 10

1980,1981 "Тайфун- пов модели во

Горьковс- 01" льпу образовался

кое во'по- канал

хранилише

-2,0 3,2 0 7,0 4,0 -"- Образование поло-

сы битого льпа

-5,0 10,5 зТо бТб 5І0 ~ Трешкны от ИГВ

-3,5 13,0 3,0 6,5 7,0 -"- Разрушения не

наблюдалось

7. 05.12.84 ДКВЛ про- 20,50 -12 25-27 3 1-6 15-30 Опиноч- Леп разрушался при -

г>.А"го еі'т 1205 ное разворотах супна,

"Скат" при движении по

ярко выраженному мелковопью, при периопическом"изменении навления в попушке

~30ЛІ.ЄГ> -"- -"- -18 48 5 5,0 15-30 -"- Разрушение льпа

р.Амур не происхопило

1-. 20.12.85

г>.А»тр -"- -"- -26 70 10 3,5 20 -*'- Разрушение льпа 200

происхопило при пвижении по кромке майны разменами I000x24м.Спе-ланс три попхопа

Продолжение таблицы 9.

)7.11. Модель 0,34 -3 2,5 0 4,0 10 ^ Леи разрушался за 8~

опии проход

ГХ6 СВП-КнАГШ-

р. ям ут-

II. П.II. ДКВПтап- 20,50 -7 16-17 2 4,0 16 -*- Леп разрушался за 200

Гад ект j.205 один проход.Сде-

рДмур 'Ска?" лано шесть прохо-

. CBII 1,8 0 7,5- 0 3,0 12-15 -»- Леп разрушался за 60

Г.,'со Тепарп" ; 8,С один проход. Сде-

с.Амур лано два прохода

т'>

13 10.II. -"- _«- -3 4-5 4-5 3,5 14-16 _*- Лез разрушался за 50

1X6 один проход, Сде-

Р.Амур ' пано два прохода

14. 22.11. ДКВП про- 2x21,5 -14 30 3 . 4,0 20-22 парное Леп разрушался за 50

1986 ект 1205 ($рон- один проход. Сде-

p..wvp (лсат том) зіано три прохода

двумя СВП,счалеН'

_ я /.„_„ * _дано прох

двумя СВП,счв ными боргами

16.,23.11. -"- 2x21,5 -12 37 3 4,0 20-22 -»- После одного про-

1986 '^ хода образовались

р.Амур чі сквозные трешины.

Повторные проходы увеличивали кол-во трешин. Полного разрушения льда после двух проходов не произошло.

Гтогюлжекие таблицы 9.

Іб. 09.11 СВП С~34 -3 47с^4~4~~"о"

1987г. КнАГШ-І
р. Амур

4,0 22 опиноч- Лес разрушался за 5-6

ное огшн прохоп при

равномерном прямолинейном движении

17. 12.II. СВП 2x0,34 -II 6,2

Ї987г. КнАПИ-І,
T).A»vp СВП

КнАПИ-2

8,0 33 группе- Интенсивное рас-

. вое трескивание

льна

Іб. 12.II. СВП 0,34 -II 6,2 1987г. КнАПИ-2 р. А»«ур

8,0 14 опиноч- Разрушалась сво-

ное бопная кромка

льна полосой 3-4м» После второго прохода разрушение происходило на ширине 2-Зм. После семи проходов размеры майны возросли до 30x50 м.

19. 25.11 ДКАВП 20,5 -18 20-31 5-
I9S'/'r. проект 7

п.Амур 1205 "Скат'

3,5 20-22 -"- Равномерное и пря- 50 молинейное движение птжвокило к растрескиванию льпа, непрерывного разрушения не ппсисхогашо, После трех ппохопов по участку 50x150м с разворотами по ра-слусу"50м, разгонами к тормояекиями леп полностью разрушался.

Прополнение таблицы 9.

I

23.12. 1987г. р.Амур'

ДКВП проект ІЙ36І "Мурена"

5,0

Равномерное и прямолинейное чвиже-^ни8 приводило к растрескиванию льна. Три прохопа в нестационарном режиме увеличили степень разрушенности льпа, но полного разрушения не происходило. Проходы веоль майны 3D-80м привели к разрушению льпа на площапи 80x150м

II 80

6,0

5,5

21.01. 1988г. р.Амур

2. 10.04. 1991г. р.Амур

12.01.

1991г. р.Амур

100-НО

8 5.0-70 0 6,0

5 проходов по льну, ослабленному пятью майнами пиаметром 3-5м на расстоянии пруг от друга Юм, разрушались перемычки межау майнами и кромки льпа вблизи майны.

Непрерывное разрушение льпа за опин пшхоп

20-25 -"- Растрескивание льпа₄ -местами 'выступала вона, полного разрушения не происходило, скорость течения окм/ч

Продолжение таблицы 9.

?4. 06.04. 1992г. залив р.Амур

6 70-75 О

"і7о"

Леп разрушался за один проход при равномерном и прямолинейном движении.

II

5. 10.04. 1991г. р.Амур

пооект

"Скат"

20,5

8 50-70 О

6,0

Разрушение началось при выходе с чистой воды на леп в течение 3-5 сек, затем происходило только растрескивание льда

Зависимость J)"v/ I ^/рад) > охватывающая весь диапазон интересующих значений Л- пля различных ледовых условий, опрепеля-лась с помощью препложеяного йыые гфитерип оценки лелоразрушающей способности ИГВ. Принимая во внимание значение препельной плотности потенциальной энергии изгиба леп.чной пластины ( /^*= баО.пж/м"') и.выполняя численные расчеты пля интересующих нас случаев, была получена зависимость разрушающей нагрузки (массы транспортного средства) различной интенсивности от тэлцины пресноводного льда. Результаты расчетов пля преснозопкого льда при резонансной скорости и глубине воды N - 5м представлены на рис. 3.

І'иг'.'і. L?.pисммссть уазруїзащеу няірузки D от тоящиьы

ледяного поуг;гіпрі /7 и интенсивности нагрузки pg^

Яеі'.сразр.угаа'Лїїоя способность явитгущэЯся ньгрузки зависит от зяснечечности ледяного покрова, глубины золы, финико-механических свойств льда, наличия попоенного течения, внутренних напряжений в лепотог? «лаотяне, г->ятсрі":ен''г,сти и ір. С учетом ^тих основных параметров леповоГ- обстановки разрута'.тла;? нагрузка Ъ* будет оп-ределт'ьсгг .зависимостью:

^{і^444Л44>-^ (9)}

где коэффициенты учитывают: АІ_С - наличие на льпу снежного

покрова с заданными характеристикам; к.„ - глубину воды;
К. - изменение мопуля упругости льда; Ку^ - изменение
коэффициента Пуассона; Лр - плотность льда; /с^. - под-

лепное течение; Ар-а - напряжения растяжения-сжатия; Л_т -

параметры торосов. Корректирующие коэффициенты к._{с }}... _г определялись экспериментально-теоретически с использованием предложенного критерия разрушения и решений уравнений (1)-(3).

С учетом вертикальных колебаний нагрузки при ее поступательном движении необходимое разрушающее значение D определяется так:

3>**-=&ь}])* (10)

гпе %._ы - коэффициент, учитывающий возрастание иэгибных напряжений от вертикальных колебаний.

Изменение НДС ледяной пластины при наличии в ней майны, а также влияние ограничения акватории по ширине (возбуждение И1Ъ в каналах, у береговой черты, портах, бухтах и т.д.) определялись с помощью численных решений ."/равнения (I). Для различных граничных условий рассчитывались уровни напряжений, по которым вычислялась плотность потенциальной энергии изгиба ледяной пластины. Сопоставление результатов расчетов с принятым критерием разрушения льда позволило определить толщину разрушаемого ледяного покрова с учетом рассмотренных ледовых условий Д

. *

ь**=6_кА_лн, (id

где ft_K - коэффициент, учитывающий близость и ориентации по отношению к направлению движения нагрузки свободной кромки ледяного поля; /С_& - коэффициент, учитывающий ограничение акватории пс ширине; Ji, - толщина разрушаемого бесконечного ледяного покрова (см.рис.3).

Одновременное использование нескольких движущихся нагрузок при благоприятной интерференции ИГВ позволяет и значительной степени увеличить толщину разрушаемого льда. Выполненные расчеты / па-

турные эксперименты позволили получить зависимость

і'яе /l , h - толщина разрушаемого лъиз. при групповом и опцион
ном движении нагрузок соответственно; ,# ~2It /-,= -2? &&>
коо^лфициентн, учитывающие возрастание иагипчых напряжении при
движении нагрузок кильватерным стриєм и фронтом; П- , /П - чис
ло нагрузок; Л_кл._: , Л?>- - коэффициенты возрастания
напряжений от t - ой и I- ой нагрузок,

В процессе модельных и натурных экспериментов установлены способы повышения эффективности РМРЯП на нестационарных режимах движения.