Ученые Томского государственного университета создали компьютерную программу, позволяющую моделировать поведение льда под воздействием динамических нагрузок. С ее помощью было проведено исследование процессов разрушения конструкций, включающих ледяной блок и металлические пластины.
Выяснилось, что характер разрушения определяется пористостью льда и параметрами приложенной ударной нагрузки. Высокопористый лед раскалывается на крупные фрагменты, тогда как низкопористый лед образует множество мелких осколков. Эти данные имеют практическое значение, в частности, при ликвидации ледяных заторов, протяженность которых на сибирских реках иногда достигает сотен километров, говорится на сайте учебного заведения.
Авторы исследования провели моделирование 11 различных конструкций, каждая из которых представляла собой ледяной блок размером 40×30×50 мм, расположенный между тонкими стальными пластинами толщиной 1 мм. Блок находился под давлением верхней пары пластин и нижней группы пластин, количество которых варьировалось от 1 до 11. С использованием методов численного анализа ученые зафиксировали временные интервалы возникновения начальных повреждений и выявили преобладающие сценарии разрушения как льда, так и стальных пластин. Результаты показали, что время полного пробивания конструкций колебалось от 105 мкс при 1 нижней пластине до 250 мкс при наличии всех 11 пластин.
Кроме того, выяснилось, что разрушение льда связано с его пористостью. Лед с низкой пористостью, демонстрировал хрупкий механизм разрушения: материал покрывался множеством микротрещин, приводящих к образованию мелких обломков. Напротив, высокопористый лед характеризовался другим механизмом разрушения: формировались менее многочисленные трещины, приводящие к появлению больших кусков льда.
Следовательно, конструкции с высокопористым льдом способны выдерживать большую нагрузку, а их разрушение требует значительно больше энергии, чем разрушение образцов с низким содержанием воздушных пузырьков. Что касается стальных пластин, то они разрушались преимущественно путем простого прокола, без формирования значительных трещин и разделения на части.
«Результаты нашей работы могут быть полезны при планировании противопаводковых мероприятий на сибирских реках и озерах, в том числе безопасного разрушения ледовых переправ и уменьшения использования взрывчатого вещества. В дальнейшем мы планируем развить физико-математическую модель, заложенную в основу компьютерного моделирования, и улучшить некоторые алгоритмы расчетов», — заключает руководитель проекта, кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник лаборатории высокоэнергетических и специальных материалов ТГУ Максим Орлов.
Ранее стало известно, что Антарктида неожиданно накопила больше льда вопреки глобальному потеплению. Подробнее в вопросе разобрались в другом материале Hi-Tech Mail.
