海冰拉伸強(qiáng)度是其基本力學(xué)性能之一,同時(shí)也是冰區(qū)船舶與海洋工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)所需的重要參數(shù).對(duì)于脆性材料的拉伸強(qiáng)度測(cè)試,巴西盤劈裂試驗(yàn)相比單軸拉伸試驗(yàn)在試樣制備與加載上具有明顯的優(yōu)勢(shì).為研究海冰的拉伸強(qiáng)度特征,對(duì)渤海遼東灣沿岸的粒狀冰開展了系統(tǒng)的巴西盤劈裂試驗(yàn)研究.在加載過程中與試樣破壞后,分別對(duì)加載橫梁的位移與加載力以及試樣最終破壞模式進(jìn)行了記錄.同時(shí),對(duì)試樣的冰晶結(jié)構(gòu)、鹽度、溫度以及密度進(jìn)行了測(cè)量.通過改變加載速率、試樣厚度與試樣溫度以研究不同參數(shù)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響.針對(duì)傳統(tǒng)試驗(yàn)中試樣的剛體假設(shè),考慮了試樣變形對(duì)應(yīng)力狀態(tài)的影響并將其引入了理論模型.試驗(yàn)過程中所有海冰試樣均以劈裂模式破壞.試驗(yàn)結(jié)果表明,加載速率與試樣厚度對(duì)拉伸強(qiáng)度的影響并不顯著,但孔隙率的影響較為明顯.當(dāng)孔隙率由75‰降低至10‰時(shí),拉伸強(qiáng)度由1.0 MPa升高至2.8 MPa.與單軸拉伸試驗(yàn)所測(cè)得數(shù)據(jù)對(duì)比,巴西盤劈裂試驗(yàn)所得到的拉伸強(qiáng)度隨孔隙率的變化趨勢(shì)相一致.但該方法所得到的粒狀冰拉伸強(qiáng)度要高于預(yù)期結(jié)果.試驗(yàn)表明巴西盤劈裂試驗(yàn)中海冰試樣的破壞模式與試驗(yàn)結(jié)果均較為合理,可成為海冰拉伸強(qiáng)度的有效測(cè)試方法. 

【文章來源】：力學(xué)學(xué)報(bào). 2020,52(03)北大核心

【文章頁數(shù)】：10 頁

【部分圖文】：

巴西盤劈裂試驗(yàn)裝置

本文所采用的海冰試樣采集于渤海遼東灣鲅魚圈海域.采集試樣過程中所測(cè)量的海水鹽度為33.4‰～33.6‰.該海域的潮汐為典型的半日潮,海冰在潮汐作用下發(fā)生漂移并相互擠壓重疊,如圖2(a)、圖2(b)所示.圖中能夠清晰看出海冰相互擠壓后形成的“指狀”尼羅冰.在采樣過程中可觀測(cè)到浮冰下部堆積著大量的絮狀碎冰,是在浮冰相互剪切過程中所形成.當(dāng)海冰運(yùn)動(dòng)停止后,絮狀碎冰再次凍結(jié)則形成顆粒結(jié)構(gòu)的海冰,如圖2(c)所示.試樣所采用的圓盤直徑為110±3 mm,對(duì)圓盤試樣冰晶進(jìn)行觀測(cè)則如圖2(d)所示.圖2 海冰試樣采集及其細(xì)觀結(jié)構(gòu)(續(xù))

圖2 海冰試樣采集及其細(xì)觀結(jié)構(gòu)本次試驗(yàn)共計(jì)完成40組,其中海冰的鹽度與密度分別為6.7±3.1‰與849±52 kg/m3.根據(jù)試驗(yàn)過程所記錄的試樣鹽度、溫度與密度數(shù)據(jù),采用Cole與Weeks的方法進(jìn)一步對(duì)海冰的孔隙率與鹵水體積進(jìn)行了計(jì)算,結(jié)果列于表1中[32].其中鹵水體積主要分布在10‰～30‰,而總體孔隙率分布則較為分散.鹵水體積與孔隙率分布特征的差異也說明了試樣中空氣含量分布相對(duì)離散.

【參考文獻(xiàn)】：
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本文編號(hào)：3063601