Моделирование изгибно-гравитационных волн в ледяном покрове на упругих пленках

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Отмечено, что на основании наблюдений за колебаниями ледяного покрова в натурных условиях под действием движущихся нагрузок, т.е. при возбуждении изгибно-гравитационных волн (ИГВ), последний ведет себя аналогично упругой изотропной пластине. На этом основании предложено новое направление в моделировании некоторых задач деформирования ледяного покрова ИГВ на упругих пленках в обычных опытовых бассейнах. Возможность такой технологии подтверждена результатами сопоставления записей деформирования движущимися нагрузками упругого модельного слоя и натурного ледяного покрова. На основании теории подобия и размерностей получены зависимости для пересчета данных модельных испытаний на натуру. Отмечается, что затраты на проведение подобных модельных экспериментов несоизмеримо меньше с затратами при проведении опытов в ледовых бассейнах. Перечисляются ледотехнические задачи, при решении которых может быть использована разработанная методика моделирования ИГВ.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

В. М. Козин

Институт машиноведения и металлургии Хабаровского Федерального исследовательского центра Дальневосточного отделения Российской академии наук

Автор, ответственный за переписку.
Email: kozinvictor@rambler.ru
Россия, Комсомольск-на-Амуре

Список литературы

  1. Ногид Л.М. Моделирование движения судна в сплошном ледяном поле и битых льдах. 1959. Л.: ЛКИ, Вып. 28. С. 179–185.
  2. Ионов Б.П., Грамузов Е.М. Ледовая ходкость судов. СПб.: Судостроение, 2013. 504 с.
  3. Козин В.М., Земляк В.Л., Баурин Н.О., Ипатов К.И. Экспериментальные исследования влияния ледовых условий на эффективность разрушения ледяного покрова изгибно-гравитационными волнами от движения подводных судов: монография. Новосибирск: СО РАН, 2017. 141 с.
  4. Козин В.М. Резонансный метод разрушения ледяного покрова. Изобретения и эксперименты. М.: Акад. Естествознания, 2007. 355 с.
  5. Козин В.М., Земляк В.Л. Всплытие подводных судов в ледовых условиях. Комсомольск-на-Амуре: ИМиМ ДВО РАН, 2012. 195 с.
  6. Козин В.М., Онищук А.В., Марьин Б.Н. Ледоразрушающая способность изгибно- гравитационных волн от движения объектов. Владивосток: Дальнаука, 2005. 191 с. 3
  7. Земляк В.Л., Козин В.М.,Погорелова А.В., Васильев А.С. Движение погруженного тела в приповерхностной водной среде покрытой ледяным покровом. Новосибирск: СО РАН, 2020. 136 с.
  8. Земляк В.Л., Баурин Н.О., Курбацкий Д.А. Лаборатория “Ледотехники” // Вестник Приамурского государственного университета им. Шолом-Алейхема. Биробиджан: ПГУ им. Шолом-Алейхема, 2013. № 1 (12). С. 68–77.
  9. Беляков В.Б. Новая модель льда // Вопросы теории, прочности и проектирования судов, плавающих во льдах. Горький: ГПИ, 1984. С. 48–52.
  10. Каштелян В.И., Позняк И.И., Рывлин А.Я. Сопротивление льда движению судна. Л.: Судостроение, 1968. 238 с.
  11. Enkvist E. On the ice resistance encountered by ships operating in the continuous mode ice breaking. Finland: Swedish Academy of Engineering Sciences, 1972. 181 p.
  12. Schwarz J. On the Flexural Strength and Elasticity of Saline Ice // Proc. IAHR Int. Symp. on Ice. Hanover. 1975. P. 373–386.
  13. Kitagawa H. Experimentation at the ice tank and Ship performance in ice (in Japanese). D. Thesis, University of Tokyo. 1984.
  14. Timco G.W. Invited commentary: on the test methods for model ice // Cold Reg. Sci. Technol. V. 4. 1981. P. 269–274. https://doi.org/10.1016/0165-232X8190009-4
  15. Timco G.W. Second report of the IAHR Working Group in ice modeling materials // Proceedings of the IAHR Symposium on ice. 1992. V. 3. P. 1527–1530.
  16. Timco G.W. EG/AD/S: A new type of model ice for refrigerated towing tanks // Cold Reg. Sci. Technol. V. 12. № 2. 1986. P. 175–195. https://doi.org/10.1016/0165-232X8690032-7
  17. Hirayama K., Sakamoto N. Some investigation for EG/AD model ice // Proc. 9th POAC Conference. 1987. V. 1. P. 299–306.
  18. Vaughan H. Ice-breaking ships and operational loads. Ice Technol. // Proc. Ist Int. Conf., Berlin e. a. 1986. P. 313–322.
  19. Borland S.L. The growth of EG/AD/S model ice in a small tank // OMAE. 1988. V. 4. P. 47–51.
  20. Lehmus E. The properties of EG/AD model ice in VTT ice basin. // Proc. POLARTECH, 1988. Trondheim. Norway.
  21. Koyama K., Yoshide M., Izumiyama K., Uto S., Kanada N., Shimoda H., Tabuchi Y., Kitagava H. Mechanical properties of ethylene glycol ice // Annual meeting of the Ship Research Institute. 1988. № 52.
  22. Enkvist E. Ice model tests as a ship design tool // Proceedings of the IAHR Ice Symposium. 1990. V. 1. P. 15–42.
  23. Nortala-Hoikkanen A. FGX model ice the Massa-Yards Arctic Research Centre // Proceedings of the IAHR Ice Symposium. 1990. V. 3. P. 247–259.
  24. Зуев В.А., Грамузов Е.М., Двойченко Ю.А. Экспериментальные исследования разрушения ледяного покрова // Вопросы теории, прочности и проектирования судов, плавающих во льдах. Горький: ГПИ, 1984. С. 4–13.
  25. Ионов Б.П. Ледовое сопротивление и его составляющие. Л.: Гидрометеоиздат, 1988. 80 с.
  26. Зуев В.А., Грамузов Е.М., Двойченко Ю.А. Разрушение ледяного покрова. Горький: Б.и., 1989. 86 с.
  27. Michel B. Nouvelle technique de simulation des glaces flottantes // L’ingénieur. 1969. V. 248. P. 16–20.
  28. Abdelnour R. Recent development in modeling of offshore structures and vessels in ice covered waters // 9 colloque Genie Nordique, 56 Congres de L`ACFAC. Canada, 1988.
  29. Timco G.W. Second report of the IAHR Working Group in ice modeling materials // Proceedings of the IAHR Symposium on ice. 1992. V. 3. P. 1527–1539.
  30. Козин В.М. Способ моделирования ледяного покрова. Патент. 2715331 РФ. B63B. 9/02. 2020.
  31. Козин В.М. и др. Экспериментально-теоретические исследования зависимости параметров распространяющихся в плавающей пластине изгибно-гравитационных волн от условий их возбуждения. Новосибирск: СО РАН, 2016. 222 с.
  32. Земляк В.Л., Козин В.М., Погорелова А.В., Васильев А.С. Движение погруженного тела в приповерхностной водной среде, покрытой ледяным покровом. Новосибирск: СО РАН, 2020. 136 с.
  33. Козин В.М., Земляк В.Л., Рогожникова Е.Г., Погорелова А.В. Влияние ледовых условий на деформированное состояние ледяного покрова от движения нагрузки. Новосибирск: СО РАН, 2020. 126 с.
  34. Dutfild D.O., Dickins D.E. Icebreaking trials with Bell Aeгоspace Voyageur ACV // Can. Aeronaut. Space J. 1974. V. 20. № 10. P. 471–474.
  35. Аmрhibious ice-breaking craft // Ship Boat International. Dec. 1974. 20 p.
  36. Честнов Е.И. Использование судов на воздушной подушке для взламывания льда // Передовой опыт и новая техника. Л. 1979. Вып.2 (62). С. 69–73.
  37. 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.
  38. Смирнов В.Н. Исследование изгибных колебаний дрейфующего льда // Проблемы Арктики и Антарктики. 1966. Вып.23. С. 47–49.
  39. Смирнов В.Н. Упругие изгибные волны в ледяном покрове // Труды ААНИИ. 1976. Т. 331. С. 117–123.
  40. Козин В.М., Земляк В.Л. Физические основы разрушения ледяного покрова резонансным методом. Комсомольск-на-Амуре: ИМиМ ДВО РАН, 2013. 250 с.
  41. Takizawa T. Deflection of a floating sea ice sheet induced by a moving load // Cold Reg. Sci. Technol. 1985. V. 11. № 5. P. 123–139. https://doi.org/10.16/0165-232X8590015-1
  42. Хейсин Д.Е. Динамика ледяного покрова. Л.: Гидрометеоиздат, 1967. 216 с.
  43. Седов Л.И. Методы подобия и размерностей в механике. М.: Наука, 1977. 438 с.
  44. Эпштейн Л.А. Методы теории размерностей и подобия в задачах гидромеханики судов. Л.: Судостроение, 1970. 207 с.
  45. Каштеляи В.И., Позняк И.И., Рывлин А.Я. Сопротивление льда движению судна. Л.: Судостроение, 1968. 240 с.
  46. Иванов К.E., Кобеко П.П., Шульман А.Р. Деформация ледового покрова при движении грузов // Журнал технической физики. 1946. Т. 16. С. 257–262.
  47. Петров И.Г. Выбор наиболее вероятных значений механических характеристик льда // Труды ААНИИ. 1976. Т. 331. С. 4–41.
  48. Песчанский И.С. Ледоведение и ледотехника. Л.: Гидрометеоиздат, 1967. 467 с.
  49. Быховский И.А. Атомные суда. Л.: Судпромгиз, 1961. 311 с.
  50. Squire V.A., Robinson W.H., Langhorne P.J. and Haskell T.G. Vehicles and aircraft on floating ice // Nature (London). 1988. V. 333. P. 159–161.
  51. Козин В.М. Результаты экспериментально-теоретических исследований возможностей резонансного метода разрушения ледяного покрова. // Изв. РАН. МТТ. 2023. № 3. С. 3–20. https://doi.org/10.31857/S0572329922600396

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Ледовый бассейн на льду оз. Хорпи в районе г. Комсомольск-на-Амуре [6].

Скачать (247KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Опыты по разрушению ледяного покрова с разводьем от движения модели подводного судна с резонансной скоростью [5].

Скачать (388KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Приготовление модельного льда в ледовом бассейне.

Скачать (179KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Приготовление композитной модели льда.

Скачать (168KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Фрагмент разрушения сплошного ледяного покрова при движении модели подводного судна со скоростью Fr = 0.42 [7].

Скачать (217KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Примеры использования резонансного метода разрушения ледяного покрова СВП: (a) – “Вояжер”; (b) – “Ларус”; (c) – “BHT”; (d) – канадскими судами; (e) – “Скат”; (f) – “Мурена”.

Скачать (355KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Общий вид модели сплошного ледяного покрова из упругого полимерного материала [4].

Скачать (512KB)
Метаданные
9. Рис. 8. (a) – общий вид использованной модели; (b) – момент “заныривания” модели подводного судна под кромку модельного льда.

Скачать (90KB)
Метаданные
10. Рис. 9. Профили ИГВ от движения нагрузок: (a) – данные натурных экспериментов [41]; (b) – модельные данные по работе [6]; (c) – модельные данные по работе [3].

Скачать (208KB)
Метаданные
11. Рис. 10. Показания тензодатчиков для различной скорости (м/с) движения нагрузки: (a) – 4.5; (b) – 8.9; (c) – 13.8; (d) – 15.7; (e) – 17.5; (f) – 18.4; (g) – 20.8; (h) – 23.2; (i) – 25.8; (j) – 27.0 [50].

Скачать (146KB)
Метаданные
12. Рис. 11. Техническое обеспечение модельных экспериментов: (a) – общий вид модели неразрушаемого льда; (b) – бесконтактный преобразователь линейных перемещений; (c) – типовая запись показаний датчика (d) – модель подводного судна [5].

Скачать (238KB)
Метаданные
13. Рис. 12. Общий вид движущейся нагрузки и деформаций модельного поля [40].

Скачать (167KB)
Метаданные
14. Рис. 13. Сопоставление кривых относительных деформаций натурного льда (–——) и модельного слоя (____) при движении сосредоточенной нагрузки при различных относительных скоростях χ.

Скачать (177KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024