Results of Experimental and Theoretical Studies of the Possibilities of the Resonance Method of Ice Cover Destruction

Capa

Citar

Texto integral

Acesso aberto Acesso aberto
Acesso é fechado Acesso está concedido
Acesso é fechado Somente assinantes

Resumo

Based on experiments carried out: in ice basins; with large-scale models of hovercraft in the field; with full-scale hovercraft, as well as using theoretical dependencies for calculating the stressstrain state of the ice cover from the action of moving loads, the possibilities (patterns) of the resonant method of ice destruction, i.e., by excitation of resonant flexural-gravity waves (FGW), were studied. Its physical essence, the expediency of its implementation by a hovercraft are explained, the possible areas of effective use of this method are indicated. The results of the information review on the topic of the work are given, on the basis of which the purpose of the research is set. When describing the viscoelastic nature of the relationship between stresses and strains in ice, the Kelvin-Voigt law of deformation of an elastically retarded medium was used. The theoretical bending potential energy density of an infinite plate was taken as a criterion for the ice breaking capacity of FGW. In this case, the condition is used that when it reaches a certain value, complete (with the opening of cracks) destruction of ice occurs. The initial data for these calculations are taken from the performed experiments. Dependences are given that make it possible to determine the parameters of a load moving at a resonant speed (hovercraft parameters) sufficient to destroy an ice cover of a given thickness under given ice conditions.

Sobre autores

V. Kozin

Institute of Mechanical Engineering and Metallurgy of the Far East Branch of the Russian Academy of Sciences

Autor responsável pela correspondência
Email: kozinvictor@rambler.ru
Komsomolsk-na-Amure, 681005 Russia

Bibliografia

  1. Dutfild D.O., Dickins D.E. Icebreakins trials with Bell Acгospace Voyageur ACV // Can. Aeronaut. Space J. 1974. V. 20. № 10. P. 471–474.
  2. Козин В.М., Земляк В.Л. Физические основы разрушения ледяного покрова резонансным методом. Комсомольск-на-Амуре: ИМиМ ДВО РАН, ПГУ им. Шолом-Алейхема, АмГПГУ, 2013. 250 с.
  3. Седов Г.Н. Перевозки по льду предметов большого веса // Водный транспорт. 1926. № 3/4. С. 146.
  4. Сергеев Б.Н. К вопросу о величине нагрузки речного льда // Водный транспорт. 1926. № 8/9. С. 300–301.
  5. Бернштейн С.А. Ледяная железнодорожная переправа (работа, теория и расчет ледяного слоя). Сборник Народного комиссариата путей сообщения. Вып. 18. М.: Транспечать, 1929. 42 с.
  6. Кашкин Н.Н. Исследование работы ледяных аэродромов под нагрузкой от самолета. М.; Л.: ОНТИ НКТП, 1935. 48 с.
  7. Зубов Н.Н. Основы устройства дорог на ледяном покрове. М.: Гидрометеоиздат, 1942. 74 с.
  8. Зубов Н.Н. Льды Арктики. М.: Изд-во Главсевморпути, 1945. 360 с.
  9. Брегман Г.Р., Проскуряков Б.В. Ледяные переправы. Свердловск: Гидрометеоиздат, 1943. 151 с.
  10. Песчанский И.С. Ледоведение и ледотехника. Л.: Гидрометеоиздат, 1967. 467 с.
  11. Press F., Crary A., Oliver J., Katz S. Aircoupled flexural waves in floating ice // Trans. Amer. Geoph. Union. 1951. V. 32. № 2. P. 166–172.
  12. Crary A., Cotell R., Oliver J. Geophysical studies in the Beaufort Sea, 1951 // Trans. Amer. Geoph. Union. 1952. V. 33. P. 211–216.
  13. Crary A. Scismic Studies on Fletcher,s Ice Icland-T-3 // Trans. Amer. Geoph. Union. 1954. V. 35. № 2. P. 293–300.
  14. Anderson D.L. Preliminary results and review of sea ice elasticity and related studies // Trans. Eng. Inst. Can. 1958. V. 2. № 3. P. 2–8.
  15. Hunkins K. Seismic studies of sea ice // J. Geophys. Res. 1960. V. 65. № 10. P. 3459–3472. https://doi.org/10.1029/JZ065i010p03459
  16. Hunkins K. Waves in the Arctic Ocean // J. Geophys. Res. 1962. V. 67. № 6. P. 2477–2489. https://doi.org/10.1029/JZ067i006p02477
  17. Sunberg-Falkenmark M. Om Isbärighet Resultat av belastningsförsök på is, utförda av Samarbetsgruppen för isbärighetsförsök 1959-61. Notiser Och Preliminiira Rapporter, Serie Hydrologi 1. Stockholm: Sveriges Meteorologiska och Hydrologiska Institut, 1963. 318 p.
  18. Robin G., De Q. Wave Propagation Through Fields of Pack Ice // Phil. Trans. Roy. Soc. A. 1963. V. 225. № 1057. P. 313–339. https://doi.org/10.1098/rsta.1963.0006
  19. Сытинский А.Д., Трипольников В.П. Некоторые результаты исследований естественных колебаний ледяных полей Центральной Арктики // Изв. АН СССР. Сер. геофизическая. 1964. № 4. С. 615–621.
  20. Leschack L., Haubrich R. Observations of Waves on an Ice-Covered Ocean // J. Geophys. Res. 1964. V. 69. № 18. P. 3815–3821. https://doi.org/10.1029/JZ069i018p03815
  21. Gold L.W. Use of ice covers for transportation // Can. Geotech. J. 1971. V. 4. P. 170–181. https://doi.org/10.1139/t71-018
  22. Смирнов В.Н. Некоторые вопросы натурного исследования деформаций и напряжений в ледяном покрове // Тр. ААНИИ. Т. 331. Л.: Гидрометеоиздат, 1976. С. 133–140.
  23. Смирнов В.Н. Упругие изгибные волны в ледяном покрове // Тр. ААНИИ. Т. 331. Л.: Гидрометеоиздат, 1976. С. 117–123.
  24. Gold L. Bearing capacity of ice covers // Nat Res. Counc. Can. Techn. Mem. 1977. № 121. P. 63–65. https://doi.org/10.1139/l76-028
  25. Eyre D. The flexural motion of a floating ice sheet induced by moving vehicles // J. Glaciology. 1977. V. 19. P. 555–570. https://doi.org/10.3189/S0022143000215475
  26. Goodman D., Holdsworth R. Continuous surface strain measurements on sea ice and on Erebus Glacier Tongue, McMurdo Sound, Antarctica // Antarctic J. US. 1978. V. 13. P. 67–70.
  27. Takizawa T. Field studies on response of a floating sea ice sheet to a steadily moving load // Contrib. Inst. Low Temp. Sci. 1987. V. 36. P. 31–76.
  28. Beltaos S. Field studies on the response of floating ice sheets to moving loads // Can. J. Civil Eng. 1981. V. 8. P. 1–8. https://doi.org/10.1139/l81-001
  29. Takizawa T. Deflection of a floating sea ice sheet induced by a moving load // Cold Regions Sci. Techn. 1985. V. 11. P. 171–180.
  30. Takizawa T. Field studies on response of a floating sea ice sheet to a steadily moving load // Contrib. Inst. Low Temp. Sci. 1987. V. 36. P. 31–76.
  31. Takizawa T. Response of a floating sea ice sheet to a steadily moving load // J. Geophys. Res. 1988. V. 93. P. 5100–5112.
  32. Squire V.A., Robinson W.H., Haskell T.G. and Moore S.C. Dynamic strain response of lake and sea ice to moving loads // Cold Reg. Sci. Technol. 1985. V. 11. P. 123–139.
  33. Squire V.A., Langhorne P.J., Robinson W.H. and Heine A.J. Kiwi 131: an Antarctic field experiment to study strains and acoustic emission generated by loads moving over sea ice. Report prepared for the Royal Society of London. L.: RSL, 1986.
  34. Squire V.A., Robinson W.H., Langhorne P.J. and Haskell T.G. Vehicles and aircraft on floating ice // Nature. 1988. V. 333. P. 159–161.
  35. Squire V., Hosking R., Kerr A., Langhorne P. Moving Loads on Ice Plates. Dordrecht: Kluver Academic Publishers, 1996. P. 86–94.
  36. Козин В.М., Жесткая В.Д., Погорелова А.В., Чижиумов С.Д., Джабраилов М.Р., Морозов В.С., Кустов А.Н. Прикладные задачи динамики ледяного покрова. М.: Издательство “Академия естествознания”, 2008. 329 с.
  37. Greenhild Cg. Scattering on the thin ice // The Lond. Ebinb. Dubl. Phil. Mag. J. Sci. 1916. V. 31. № 181. https://doi.org/10.1080/14786440108635465
  38. Голушкевич С.С. О некоторых задачах теории изгиба ледяного покрова. Л.: Воениздат, 1947. 231 с.
  39. Press F., Ewing M. Propagation of elastic waves in a floating ice sheet // Trans. Amer. Geoph. Union. 1951. V. 32. № 5. P. 673–678.
  40. Crary A., Cotell R., Oliver J. Geophysical studies in the Beaufort Sea, 1951 // Trans. Am. Geoph. Uni. 1952. V. 33. P. 211–216. doi.org/https://doi.org/10.1029/TR033i002p00211
  41. Хейсин Д.Е. Динамика ледяного покрова. Л.: Гидрометеоиздат, 1967. 216 с.
  42. Черкесов Л.В. О влиянии ледяного покрова и вязкости жидкости на длинные волны // Морские гидрофизические исследования. 1970. № 3 (49). С. 50–56.
  43. Jen D.H., Tang S.C. On the vibration of an elastic plate on an elastic foundation // J. Sound Vib. 1971. V. 14. № 1. P. 81–89. doi.org/https://doi.org/10.1121/1.2144176
  44. Доценко С.Ф. О влиянии неоднородности жидкости и ледяного покрова на волны, генерируемые движущейся областью давлений // Морские гидрофизические исследования. 1974. № 4 (67). С. 82–89.
  45. Богородский В.В., Гаврило В.П. Лед. Физические свойства. Современные методы гляциологии. Л.: Гидрометеоиздат, 1980. 384 с.
  46. Марченко А.В. Изгибно-гравитационные волны // Динамика волн на поверхности жидкости. М.: Наука, 1999. С. 65–111.
  47. Жесткая В.Д., Козин В.М. Исследования возможностей разрушения ледяного покрова амфибийными судами на воздушной подушке резонансным методом. Владивосток: Дальнаука, 2003. 161 с.
  48. Ткачева Л.А. Дифракция поверхностных волн на плавающей упругой пластине // Изв. РАН. Механика жидкости и газа. 2001. № 5. С. 121–134.
  49. Ткачева Л.А. Плоская задача о дифракции поверхностных волн на упругой плавающей пластине // Изв. РАН. Механика жидкости и газа. 2003. № 3. С. 131–149.
  50. Ткачева Л.А. Поведение плавающей упругой пластины при колебаниях участка дна // Прикл. мех. техн. физ. 2005. Т. 46. № 2. С. 98–108.
  51. Milinazzo F., Shinbrot M., Evans N.W. A mathematical analysis of the steady response of floating ice to the uniform motion of a rectangular load // J. Fluid Mech. 1995. V. 287. P. 287–295. https://doi.org/10.1017/S0022112095000917
  52. Wang K., Hosking R., Milinazzo F. Time-dependent response of a floating viscoelastic plate to an impulsively started moving load // J. Fluid Mech. 2004. V. 521. P. 295–317. https://doi.org/10.1017/S002211200400179X
  53. Козин В.М., Погорелова А.В., Жесткая В.Д., Чижиумов С.Д., Джабраилов М.Р., Морозов В.С., Кустов А.Н. Прикладные задачи динамики ледяного покрова. М.: Академия естествознания, 2008. 329 с.
  54. Коробкин A.A., Папин A.A., Хабахпашева Т.И. Математические модели снежно-ледового покрова. Барнаул: Алтайский гос. унив., 2013. 116 с.
  55. Korobkin A., Khabakhpasheva T., Papin A. Waves propagating along a channel with ice cover // Eur. J. Mech. B/Fluids. 2014. V. 47. P. 166–175.
  56. Погорелова А.В., Козин В.М., Матюшина А.А. Исследование напряженно-деформированного состояния ледяного покрова при взлете и посадке на него самолета // Прикл. мех. техн. физ. 2015. Т. 56. № 5. С. 214–221.
  57. Батяев Е.А., Хабахпашева Т.И. Гидроупругие волны в канале со свободным ледовым покровом // Изв. РАН. Механика жидкости и газа. 2015. № 6. С. 71–88.
  58. Шишмарев К.А., Хабахпашева Т.И., Коробкин А.А. Влияние гидростатического и гидродинамического давлений на колебания ледового покрова // МАК-2015: “Математики – Алтайскому краю”. Сборник трудов всероссийской конференции по математике. Барнаул: Алтайский гос. унив., 2015. С. 87–91.
  59. Стурова И.В., Ткачева Л.А. Колебания ограниченного ледяного покрова при локальном динамическом воздействии // Полярная механика. 2016. № 3. С. 997–1007.
  60. Ткачева Л.А. Взаимодействие поверхностных и изгибно-гравитационных волн в ледяном покрове с вертикальной стенкой // Прикл. мех. техн. физ. 2013. Т. 54. № 4. С. 158–170.
  61. Ткачева Л.А. Поведение полубесконечного ледяного покрова при равномерном движении нагрузки // Прикл. мех. техн. физ. 2018. Т. 59. № 2. С. 82–98.
  62. Ткачева Л.А. Волновые явления, возникающие при движении нагрузки по свободной поверхности жидкости вдоль кромки ледяного покрова // Прикл. мех. техн. физ. 2019. № 3. 2019. С. 73–84.
  63. Стурова И.В. Действие периодического поверхностного давления на ледяной покров в окрестности вертикальной стенки // Прикл. мех. техн. физ. 2017. Т. 58. № 1. С. 92–101.
  64. Стурова И.В. Движение внешней нагрузки по полубесконечному ледяному покрову в докритическом режиме // Изв. РАН. Механика жидкости и газа. 2018. № 1. С. 51–60.
  65. Букатов А.Е. Волны в море с плавающим ледяным покровом. Севастополь: ФГБУН МГИ, 2017. 360 с.
  66. Завьялова К.Н., Шишмарев К.А., Хабахпашева Т.И. Движение внешней нагрузки по битому льду в канале // Изв. Алтайского гос. ун-та. 2018. № 4 (102). С. 73–78.
  67. Шишмарев К.А., Хабахпашева Т.И. Нестационарные колебания ледового покрова в замороженном канале под действием движущегося внешнего давления // Выч. технол. 2019. Т. 24. № 2. С. 111–128.
  68. Khabakhpasheva T., Shishmarev K., Korobkin A. Large-time response of ice cover to a load moving along a frozen channel // Appl. Ocean Res. 2019. V. 86. P. 154–165. doi.org/https://doi.org/10.1016/j.apor.2019.01.020
  69. Земляк В.Л., Баурин Н.О., Курбацкий Д.А. Лаборатория “Ледотехника” // Вестник Приамурского гос. ун-та им. Шолом-Алейхема. 2013. № 1 (12). С. 68–77.
  70. Тимошенко С.П., Войновский-Кригер С. Пластины и оболочки. М.: Изд. физ.-мат. литературы, 1963. 653 с.
  71. Петров И.Г. Выбор наиболее вероятных значений механических характеристик льда // Труды ААНИИ. 1976. Т. 331. С. 4–41.
  72. Бутягин И.П. Прочность льда и ледяного покрова. Новосибирск: Наука, 1966. 153 с.

Arquivos suplementares

Arquivos suplementares
Ação
1. JATS XML
Baixar
2.

Baixar (1MB)
Metadados
3.

Baixar (862KB)
Metadados
4.

Baixar (837KB)
Metadados
5.

Baixar (966KB)
Metadados
6.

Baixar (1MB)
Metadados
7.

Baixar (1MB)
Metadados
8.

Baixar (1MB)
Metadados
9.

Baixar (57KB)
Metadados

Declaração de direitos autorais © В.М. Козин, 2023

Este site utiliza cookies

Ao continuar usando nosso site, você concorda com o procedimento de cookies que mantêm o site funcionando normalmente.

Informação sobre cookies