基于巴西盘试验的海冰拉伸强度研究

发布时间：2021-03-04 17:22

　　海冰拉伸强度是其基本力学性能之一,同时也是冰区船舶与海洋工程结构设计所需的重要参数.对于脆性材料的拉伸强度测试,巴西盘劈裂试验相比单轴拉伸试验在试样制备与加载上具有明显的优势.为研究海冰的拉伸强度特征,对渤海辽东湾沿岸的粒状冰开展了系统的巴西盘劈裂试验研究.在加载过程中与试样破坏后,分别对加载横梁的位移与加载力以及试样最终破坏模式进行了记录.同时,对试样的冰晶结构、盐度、温度以及密度进行了测量.通过改变加载速率、试样厚度与试样温度以研究不同参数对试验结果的影响.针对传统试验中试样的刚体假设,考虑了试样变形对应力状态的影响并将其引入了理论模型.试验过程中所有海冰试样均以劈裂模式破坏.试验结果表明,加载速率与试样厚度对拉伸强度的影响并不显著,但孔隙率的影响较为明显.当孔隙率由75‰降低至10‰时,拉伸强度由1.0 MPa升高至2.8 MPa.与单轴拉伸试验所测得数据对比,巴西盘劈裂试验所得到的拉伸强度随孔隙率的变化趋势相一致.但该方法所得到的粒状冰拉伸强度要高于预期结果.试验表明巴西盘劈裂试验中海冰试样的破坏模式与试验结果均较为合理,可成为海冰拉伸强度的有效测试方法. 

【文章来源】：力学学报. 2020,52(03)北大核心

【文章页数】：10 页

【部分图文】：

巴西盘劈裂试验装置

本文所采用的海冰试样采集于渤海辽东湾鲅鱼圈海域.采集试样过程中所测量的海水盐度为33.4‰～33.6‰.该海域的潮汐为典型的半日潮,海冰在潮汐作用下发生漂移并相互挤压重叠,如图2(a)、图2(b)所示.图中能够清晰看出海冰相互挤压后形成的“指状”尼罗冰.在采样过程中可观测到浮冰下部堆积着大量的絮状碎冰,是在浮冰相互剪切过程中所形成.当海冰运动停止后,絮状碎冰再次冻结则形成颗粒结构的海冰,如图2(c)所示.试样所采用的圆盘直径为110±3 mm,对圆盘试样冰晶进行观测则如图2(d)所示.图2 海冰试样采集及其细观结构(续)

图2 海冰试样采集及其细观结构本次试验共计完成40组,其中海冰的盐度与密度分别为6.7±3.1‰与849±52 kg/m3.根据试验过程所记录的试样盐度、温度与密度数据,采用Cole与Weeks的方法进一步对海冰的孔隙率与卤水体积进行了计算,结果列于表1中[32].其中卤水体积主要分布在10‰～30‰,而总体孔隙率分布则较为分散.卤水体积与孔隙率分布特征的差异也说明了试样中空气含量分布相对离散.

【参考文献】：
期刊论文
[1]船舶与海洋平台结构冰载荷的高性能扩展多面体离散元方法[J]. 刘璐,尹振宇,季顺迎.  力学学报. 2019(06)
[2]基于3D-ILC含不同角度内裂纹圆盘断裂特性研究[J]. 王海军,张九丹,任然,汤雷,郁舒阳,钟凌伟,张珂.  岩土工程学报. 2019(09)
[3]水位变化对正倒锥体冰载荷影响的离散元分析[J]. 龙雪,刘社文,季顺迎.  力学学报. 2019(01)
[4]海冰在单轴压缩下的韧-脆转化机理及破坏模式[J]. 陈晓东,王安良,季顺迎.  中国科学:物理学 力学 天文学. 2018(12)
[5]改进巴西试验:从平台巴西圆盘到切口巴西圆盘[J]. 王启智,李炼,吴礼舟,黄润秋.  力学学报. 2017(04)
[6]基于单轴压缩的岩体破坏机制细观试验研究[J]. 赵程,于志敏,王文东,松田浩,森田千寻.  岩石力学与工程学报. 2016(12)
[7]卤水体积和应力速率影响下海冰强度的统一表征[J]. 王安良,许宁,毕祥军,季顺迎.  海洋学报. 2016(09)
[8]基于巴西劈裂试验的页岩强度与破坏模式研究[J]. 杨志鹏,何柏,谢凌志,李存宝,王俊.  岩土力学. 2015(12)
[9]平台巴西劈裂试验确定岩石抗拉强度的理论分析[J]. 黄耀光,王连国,陈家瑞,张继华.  岩土力学. 2015(03)
[10]岩石动态劈裂试验的最优试件尺寸分析[J]. 方新宇,许金余,刘石,陈腾飞,王鹏.  振动与冲击. 2014(21)



本文编号：3063601