Способ определения в натурных условиях деформационных и прочностных характеристик ровного ледяного покрова при изгибе

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для определения в натурных условиях деформационных и прочностных характеристик ровного ледяного покрова при изгибе. Заявленный способ предусматривает применение судна (ледокольного типа), которое оказывает кратковременное силовое воздействие форштевнем на ледяное поле вплоть до его разрушения или создание судном на чистой воде свободной волны, направленной на кромку ледяного поля. При этом на ледяной покров устанавливаются в линию по ходу движения судна на нескольких пикетах (точках) сейсмометр, деформометр, наклономер и вмораживается датчик напряжения, а в носовой части судна устанавливается акселерометр для определения момента разрушения льда. Таких пикетов на льду организуют от одного до трех и больше. Расстояние между пикетами выбирается в зависимости от толщины льда и характера воздействия на ледяное поле. В случае силового воздействия судна форштевнем на край льдины осуществляют один из двух режимов: медленное непрерывное движение судна по линии установки датчиков на пикетах или одиночные разрушения льда изгибом с остановками движения судна между воздействиями. При этом в носовой части судна устанавливается акселерометр, который фиксирует момент разрушения льда. В случае создания свободной волны необходимо, чтобы перед ледяным полем был участок чистой воды, на котором судно могло бы набрать скорость и затормозить перед кромкой поля, что приведет к распространению в ледяном поле изгибно-гравитационной волны. В результате определяются следующие параметры: момент разрушения льда при изгибе, критические наклоны ледяного поля, относительные деформации и напряжения в поверхностном слое льда. При образовании трещины во льду в непосредственной близости от любого пикета можно получить напряжения разрушения ледяной пластины. Технический результат – повышение точности получаемых данных. 2 ил.

 

Способ определения в натурных условиях деформационных и прочностных характеристик ровного ледяного покрова при изгибе относится к ледоведению и ледотехнике. Такие данные могут быть использованы при проектировании и строительстве гидротехнических сооружений на шельфе замерзающих морей и для обеспечения ледового плавания.

Известен способ определения прочности при центральном изгибе образцов льда в виде круглых пластин с последующим пересчетом результатов на всю толщину льда [1, 2]. Испытания проводятся на полевой испытательной машине (ПИМ). Для этого образцы в виде круглых пластин изготавливаются из кернов льда, взятых на всю толщину при помощи ручного кольцевого бура или керноотборником типа «Kovacs Enterprise». Керн распиливается без пропусков на пластины толщиной 1,5-2,0 см, которые подвергаются испытанию на прочность при центральном изгибе.

Недостатком указанного аналога является косвенный способ определения прочности ледяного поля при изгибе на основании испытаний небольших образцов льда, изъятых из ледяного покрова, с последующим пересчетом результатов испытаний на всю толщину льда без учета масштабного эффекта. Такие испытания приводят к завышению значений прочности ровного льда и экономическим потерям.

Известен также способ определения прочности при изгибе ледяных консолей на плаву, взятый за прототип [3], в котором консольная балка изготавливается в ровном ледяном поле на всю толщину бензопилой. Для этого лед пропиливается с трех сторон. Длина, ширина и толщина консоли имеет согласованные размеры. При испытаниях сила прикладывается к свободному концу консоли. Напряжение σк во льду у основания консоли определяется по формуле [4]:

где F- разрушающая нагрузка; l, b, hл - длина, ширина и толщина консоли соответственно.

Формула для расчета σк справедлива для изотропного однородного материала. Физико-механические свойства льда изменяются по толщине вследствие изменения температуры и солености. Поэтому применение такого подхода может привести к существенным ошибкам. Другим недостатком являются ограниченные размеры консоли по отношению к ледяному полю, что требует проведения статистически значимого количества испытаний для получения осредненного значения прочности при изгибе, а изготовление консоли - трудоемкий и длительный процесс.

Техническим результатом изобретения является определение деформационных и прочностных характеристик ледяного покрова при изгибе в натуре. Указанный технический результат достигается при оказании кратковременного силового воздействия форштевнем судна ледокольного типа, на ледяное поле вплоть до его разрушения или при создании судном за счет его движения и торможения на чистой воде свободной волны, направленной на кромку ледяного поля. При этом на ледяной покров устанавливаются в линию по ходу движения судна на нескольких пикетах сейсмометр (например, широкополосный трехкомпонентный сейсмометр СМЕ-4111), кольцевой деформометр (например, [5]), наклономер (например, [6]) и вмораживается датчик напряжения (например [7]). Таких пикетов организуют от одного до трех и больше. Расстояние между пикетами выбирается в зависимости от толщины льда и характера воздействия на ледяное поле. В случае силового воздействия судна форштевнем на край льдины осуществляют один из двух режимов: медленное непрерывное движение судна по линии установки датчиков на пикетах или одиночные разрушения льда изгибом с остановками движения судна между воздействиями. При этом в носовой части судна устанавливается акселерометр (например, ОСП [8]), который фиксирует момент разрушения льда. В случае создания свободной волны необходимо, чтобы перед ледяным полем был участок чистой воды, на котором судно могло бы набрать скорость и затормозить перед кромкой поля, что приведет к распространению в ледяном поле изгибно-гравитационной волны.

Запись сигналов с датчиков на регистратор проводится в цифровом виде. В результате определяются следующие параметры: момент разрушения льда при изгибе, критические наклоны ледяного поля, относительные деформации и напряжения в поверхностном слое льда. При образовании трещины во льду в непосредственной близости от любого пикета можно получить напряжения разрушения ледяной пластины.

На фиг. 1(a) приведена схема создания форштевнем судна кратковременной нагрузки на ледяное поле. При этом возникает изгибная деформация и разлом, которые фиксируются датчиками деформации, установленными на льду в 20 и 40 метрах от места воздействия (датчики на фиг. 1 не указаны). Внизу приведена запись сигналов, полученная с деформометров (фиг. 1б). На фиг. 2(а) приведена схема испытания при создании судном на чистой воде цуга свободной волны, направленной на кромку ледяного поля. На фиг. 2(б) приведена запись, полученная от деформометров, установленных в 20, 40, 60 и 80 м от края ледяного поля (датчики на фиг. 2 не указаны).

Предлагаемый способ определения в натурных условиях деформационных и прочностных характеристик ледяного покрова при изгибе реализуется следующим образом. Выбирается ледяное поле. На нем устанавливаются на каждом пикете сейсмометр, деформометр, наклономер и вмораживается датчик напряжения. Пикеты располагаются в линию по ходу движения судна. Таких пикетов организуют от одного до трех и больше в зависимости от условий проведения испытаний. В случае силового воздействия судна форштевнем на край льдины осуществляют один из двух режимов: медленное непрерывное движение судна по линии пикетов или одиночные разрушения льда изгибом с остановками движения судна между воздействиями. При этом в носовой части судна устанавливается акселерометр для определения момента разрушения льда. Расстояние от первого пикета до края льдины можно варьировать в зависимости от конкретных условий испытаний. Движение судна прекращается при критическом приближении ледокола к первому пикету. В случае создания свободной волны необходимо, чтобы перед ледяным полем был участок чистой воды, на котором судно могло бы набрать скорость и затормозить перед кромкой поля, что приведет к распространению подо льдом изгибно-гравитационной волны. Способ был опробован в Карском море и море Лаптевых.

Использованные источники

1. Руководство по изучению физико-механических свойств льда. / Под редакцией Т.Н. Яковлева. Л.: ротапринт ДАНИИ, 1971. - 45 с.

2. Никитин В.А., Ковалев С.М. Прочность морского ледяного покрова. / Метеорология и гидрология - №12, 2002, с. 62-69.

3. СП 11-114-2004. «Инженерные изыскания на континентальном шельфе для строительства морских нефтегазопромысловых сооружений». / Госстрой России. - М.: 2004, 88 с.

4. Песчанский И.С. Ледоведение и ледотехника. / Л.: Морской транспорт, 1968, 343 с.

5. Патент на ПМ №82838, 2009.

6. Линьков Е.М., Смирнов В.Н. Наблюдения за колебаниями морского ледяного покрова с помощью наклономеров. / Труды ААНИИ. 1971. Т. 300. С. 213-219.

7. Авт. свид. №561887. 1977.

8. Аппаратура и методика сейсмометрических наблюдений в СССР. / Под ред. З.И. Арановича, Д.П. Кирноса, В.М. Фремда. М: Наука, 1974, 244 с.

Способ определения в натурных условиях деформационных и прочностных характеристик ровного ледяного покрова при изгибе, заключающийся в воздействии на лед на всю его толщину вплоть до разрушения и определении такого воздействия, отличающийся тем, что изгибающее воздействие оказывается на целое ледяное поле форштевнем вплоть до разрушения при медленном непрерывном движении судна или при одиночных разрушениях льда изгибом с остановками движения судна между воздействиями, при этом момент разрушения льда фиксируется акселерометром, установленным в носовой части судна, или при создании судном на чистой воде свободной волны, направленной на кромку ледяного поля, а определение воздействия проводится одновременно на одном пикете сейсмометром, наклономером, деформометром и датчиком напряжений, установленными на ледяном покрове или на нескольких пикетах по линии приложения воздействия.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области геофизических исследований скважин акустическим методом на отраженных волнах. Сущность изобретения заключается в том, что электронный блок устройства дополнительно оснащен Flash-картой памяти, каналом телеметрии, каналом гамма-каротажа и непрерывным инклинометром, а зондовая часть устройства разделена на «сухой» и маслонаполненный отсеки и дополнительно оснащена датчиком скорости ультразвука в жидкости, закрепленным с внешней стороны корпуса.

Изобретение относится к области сейсмологии и может быть использовано для обнаружения сейсмического процесса. Сущность: выполняют синхронную покадровую съемку подстилающей поверхности по двум независимым каналам в ультрафиолетовом и ближнем инфракрасном участках спектра.

Изобретение относится к области космических исследований и может быть использовано для определения места готовящегося землетрясения. Сущность: регистрируют низкочастотное электромагнитное излучение.

Изобретение относится к области сейсмологии и может быть использовано для краткосрочного прогнозирования землетрясений. Сущность: определяют пространственное положение сейсмомагнитных меридианов.

Предлагаемое техническое решение представляет собой разработку структуры и принципов эксплуатации системы дальней (просветной) акустической томографии характеристик гидрофизических и геофизических полей среды и морского дна, а также контроль их пространственно-временной динамики.

Изобретение относится к области сейсмологии и может быть использовано для прогнозирования времени возникновения землетрясения. Сущность: ежесуточно забирают воду в глубинной воде Байкала и в двух самоизливающихся скважинах.

Изобретение относится к области сейсмологии и может быть использовано для прогнозирования возможности сейсмического события на материковых зонах субдукции и островах.

Изобретение относится к техническим средствам обнаружения человека, определения его местоположения в контролируемой зоне по создаваемым им сейсмическим колебаниям.

Изобретение относится к области геофизики и может быть использовано для исследования подземных структур. Раскрыт способ оценивания распределений температур по геологической среде на основании трехмерной модели теплопроводности для геологического пласта.

Изобретение относится к способу и схеме обнаружения и минимизации метановой опасности в районе очистной лавы. Техническим результатом является повышение эффективности обнаружения и минимизации метановой опасности в районе очистной лавы шахты.

Изобретение относится к исследованиям остаточных напряжений в детали. Сущность: осуществляют закрепление детали в первой точке и во второй точке на расстоянии от первой точки, выполнение первой операции съема материала в третьей точке, расположенной между первой и второй точками, освобождение детали во второй точке, измерение первой деформации детали, определение остаточных напряжений в детали на основе измерения первой деформации.

Изобретение относится к способам определения механических характеристик материалов, конкретно - к способу определения модуля упругости, предела прочности и предельной деформации.

Изобретение относится к измерительной технике для промышленности и может быть применено для испытаний продольных и поперечных образцов основного металла труб, образцов со сварными швами, в том числе ремонтным сварным швом, для изучения свойств напыленных материалов, органических покрытий, для оценки сталей к сульфидному растрескиванию под напряжением.

Изобретение относится к измерительной технике для промышленности и может быть применено для испытаний продольных и поперечных образцов основного металла труб, образцов со сварными швами, в том числе ремонтным сварным швом, для изучения свойств напыленных материалов, органических покрытий, для оценки сталей к сульфидному растрескиванию под напряжением.

Изобретение относится к области испытательной техники, а именно к установкам для испытаний образцов и фрагментов пространственных коробчатых (сварных, клеесварных, клепанных или клееклепанных) конструкций.

Изобретение относится к технологии напыления теплозащитных керамических покрытий, а более точно касается определения времени теплового воздействия, необходимого для релаксации остаточных напряжений в покрытии, а также энергии, требующейся для релаксации.

Изобретение относится к области эксплуатации нефтедобывающего оборудования, а именно, к способу и устройству, применяемым для контроля состояния насосных штанг нефтедобывающих скважин.

Изобретение относится к испытательной технике, а именно к устройствам для экспериментальных исследований прочностных свойств и процессов накопления усталостных повреждений в поверхностных слоях образцов из конструкционных материалов в зависимости от закона изменения на поверхности образца напряжения и его градиента.

Изобретение относится к определению механических характеристик труб, а именно к моделям, предназначенным для испытаний материалов труб малого диаметра на трещиностойкость, и может быть использовано при производстве и эксплуатации труб.

Изобретение относится к машиностроению, а именно к испытательной технике, используемой при испытаниях на усталость. Зажимное устройство содержит стягиваемые с помощью винтов опорные детали, между которыми размещен испытуемый образец и переходные детали, расположенные по обе стороны концевой части испытуемого образца и имеющие участок, выступающий за зону их контакта с опорными деталями в сторону рабочей части образца.
Наверх