Contact fracture behavior of ice
The formation of an intermediate layer under hydrostatic compression at a shear appearing due to the action of converging and diverging fronts of stress momentums (pulses) is considered. Continuous monitoring of deformational changes in the structure of ice was carried out using acoustic methods. Th...
Published in: | Ice and Snow |
---|---|
Main Authors: | , |
Other Authors: | , |
Format: | Article in Journal/Newspaper |
Language: | Russian |
Published: |
IGRAS
2020
|
Subjects: | |
Online Access: | https://ice-snow.igras.ru/jour/article/view/806 https://doi.org/10.31857/S2076673420020040 |
id |
ftjias:oai:oai.ice.elpub.ru:article/806 |
---|---|
record_format |
openpolar |
institution |
Open Polar |
collection |
Ice and Snow (E-Journal) |
op_collection_id |
ftjias |
language |
Russian |
topic |
acoustic-mechanical method cumulative effect intermediate layer plasticity structure акустико-механический метод кумулятивный эффект пластичность промежуточный слой структура |
spellingShingle |
acoustic-mechanical method cumulative effect intermediate layer plasticity structure акустико-механический метод кумулятивный эффект пластичность промежуточный слой структура V. Epifanov P. В. Епифанов П. Contact fracture behavior of ice |
topic_facet |
acoustic-mechanical method cumulative effect intermediate layer plasticity structure акустико-механический метод кумулятивный эффект пластичность промежуточный слой структура |
description |
The formation of an intermediate layer under hydrostatic compression at a shear appearing due to the action of converging and diverging fronts of stress momentums (pulses) is considered. Continuous monitoring of deformational changes in the structure of ice was carried out using acoustic methods. The features of contact ice breaking in the diverging fronts of stress pulses are considered by the example of the slow impact of a rigid spherical indenter on an ice plate simulating half-space. Using the piezoelectric accelerometer, an oscillogram of the impact was recorded and a generalized dependence of the reduced stress on the reduced instantaneous velocity of the impact (semi-cubic parabola) was obtained. It is established that under conditions of the experiment (smooth convex indenter surface and icy half-space) a thin intermediate layer is formed, the properties of which determine the physical similarity in the family of curves «instantaneous force-instantaneous velocity». A rheological model with due regard for the change in the microstructure of ice during the impact is proposed. Quantitative determinations of the deformation changes in structure of solid ice samples were performed under intensive plastic deformation in a matrix with a profile similar to the Laval nozzle. The deformations created by the piston caused forced vibrations in the ice. The working surface of the piston in the form of an ellipsoid together with the smooth walls of the matrix and the reverse cone created conditions for parametric resonance and the formation of fronts of highfrequency stress pulses. Under influence of these pulses, zones with a superplastic fine-crystalline structure of ice (cumulative effect) were formed in ice. In the outlet cylindrical channel, a flow around an obstacle of the ice with the structure of an intermediate layer (dynamic viscosity 20 MPa s) and the distribution of velocities of motion over the channel cross section were studied. The obtained results can be used to simulate the processes of contact ... |
author2 |
This work was supported by RFBR (grant № 20-01-00649 «Numerical and experimental study of nonlinear wave phenomena in contact ice destruction») Работа была поддержана грантом РФФИ № 20-01-00649 «Численно-экспериментальное исследование нелинейных волновых явлений при контактном разрушении льда» |
format |
Article in Journal/Newspaper |
author |
V. Epifanov P. В. Епифанов П. |
author_facet |
V. Epifanov P. В. Епифанов П. |
author_sort |
V. Epifanov P. |
title |
Contact fracture behavior of ice |
title_short |
Contact fracture behavior of ice |
title_full |
Contact fracture behavior of ice |
title_fullStr |
Contact fracture behavior of ice |
title_full_unstemmed |
Contact fracture behavior of ice |
title_sort |
contact fracture behavior of ice |
publisher |
IGRAS |
publishDate |
2020 |
url |
https://ice-snow.igras.ru/jour/article/view/806 https://doi.org/10.31857/S2076673420020040 |
long_lat |
ENVELOPE(159.100,159.100,-79.917,-79.917) ENVELOPE(159.100,159.100,-79.917,-79.917) |
geographic |
Nozzle Nozzle The |
geographic_facet |
Nozzle Nozzle The |
genre |
Annals of Glaciology |
genre_facet |
Annals of Glaciology |
op_source |
Ice and Snow; Том 60, № 2 (2020); 274-284 Лёд и Снег; Том 60, № 2 (2020); 274-284 2412-3765 2076-6734 |
op_relation |
https://ice-snow.igras.ru/jour/article/view/806/517 Богородский В.В., Гаврило В.П. Лед. Физические свойства. Современные методы гляциологии. Л: Гидрометеоиздат, 1980. 384 c. Епифанов В.П. Тектоническая структура и распределение скоростей в придонных слоях ледников // Вестн. Кольского научного центра РАН. 2018. № 3 (10). С. 141–146. Pettit E.C., Whorton E.N., Waddington E.D., Sletten R.S. Influence of debris-rich basal ice on flow of a polar glacier // Journ. of Glaciology. 2014. V. 60. № 223. P. 909–1006. doi:10.3189/2014JoG13J161. Iverson N.R. A theory of glacial quarrying for landscape evolution models // Geology. 2012. V. 40. №8. P. 679–682. Makkonen L., Tikanmaki M. Modelling the friction of ice // Cold Regions Science and Technology. 2014. P. 84–93. doi:10.1016/j.coldregions.2014.03.002. Зарецкий Ю.К., Чумичев Б.Д. Кратковременная ползучесть льда. Новосибирск: Наука, 1982. 120 с. Durham W.B., Prieto-Ballestros O., Goldsby D.L., Kargel J.S. Rheological and thermal properties of ice materials // Space Science Reviews. 2010. V. 153. № 1. P. 273–298. doi:10.1007/s11214-009-9619-1. Gillet-Chaulet F., Gagliardini O., Meyssonnier J., Zwinger T., Ruokolainen J. Flow-induced anisotropy in polar ice and related ice-sheet flow modeling // Journ. NonNewtonian Fluid Mechanics. 2006. V. 134. P. 33–43. Gödert G., Hutter K. Material update procedure for planar transient flow of ice with evolving anisotropy // Annals of Glaciology. 2000. V. 30. P. 107–114. Piazolo S., Wilson C.J.L., Luzin V., Brouzet C., Peternell M. Dynamics of ice mass deformation: Linking processes to rheology, texture, and microstructure // Geochemistry, Geophysics, Geosystems. 2013. V. 14. № 10. P. 4185–41194. Епифанов В.П. Разрушение поликристаллического льда // ДАH. 1982. Т. 267. № 6. С. 1364–1367. Епифанов В.П., Глазовский А.Ф. Акустические характеристики как индикатор особенностей движения льда в ледниках // Криосфера Земли. 2010. Т. 14. № 4. С. 42–55. Епифанов В.П. Физическое моделирование режимов движения ледников // Лёд и Снег. 2016. Т. 56. № 3. С. 333–344. Валиев Р.З., Еникеев Н.А., Мурашкин М.Ю., Утяшев Ф.З. Использование интенсивных пластических деформаций для получения объёмных наноструктурных металлических материалов // Изв. РАН. Механика твёрдого тела. 2012. № 4. С. 109–122. Георгиевский Д.В. Шабайкин Р.Р. Квазистатическое и динамическое сдавливание плоского круглого идеально-пластического слоя жёсткими плитами // Математическое моделирование и экспериментальная механика деформируемого твёрдого тела. Тверь: Тверской гос. технич. ун-т, 2017. С. 56–63. Сазонов К.Е. Определение методов коррекции результатов модельных экспериментов по определению ледового сопротивления судна // Тр. ЦНИИ им. акад. А.Н. Крылова. 2016. Вып. 92 (376). С. 93–108. Гольдштейн Р.В., Епифанов В.П., Осипенко Н.М. Масштабный эффект при разрушении речного льда в условиях индентирования // Актуальные проблемы механики: Механика деформируемого твердого тела / Отв. ред. Р.В. Гольдштейн. М.: Наука, 2009. С. 35–55. Епифанов В.П. Влияние промежуточного слоя на прочность соединения льда с подложкой // ДАН. 2017. Т. 472. № 1. С. 27–32. Черепанов Н.В. Классификация льдов природных водоёмов // Науч. тр. Института Арктики и Антарктики. 1976. Т. 331. С. 77–99. Епифанов В.П. Влияние импульсов напряжений на структуру льда в промежуточном слое // ДАН. 2018. Т. 479. № 6. С. 629–633. Епифанов В.П. Моделирование процессов рекристаллизации в придонных слоях ледников // Криосфера Земли. 2015. Т. 19. № 3. С. 20–31. Епифанов В.П. Разрушение льда при ударных взаимодействиях // ДАН. 1985. Т. 284. № 3. С. 599–603. Колесников Ю.В., Морозов Е.М. Механика контактного разрушения. М.: Наука, 1989. 224 с. Хейсин Д.Е., Лихоманов В.А. Экспериментальное определение удельной энергии механического дробления льда при ударе // Проблемы Арктики и Антарктики. 1973. № 41. С. 55–61. Herz H. Über die Beruhrung fester elastichen Korper // Journ. für die reine und angewandte Mathematik. 1882. В. 92. S. 156–171. Кильчевский Н.А. Динамическое контактное сжатие твёрдых тел. Удар. Киев: Наукова думка, 1976. 320 с. Тимошенко С.Л., Гудьер Дж. Теория упругости. М.: Наука, 1975. 576 с. Богородский В.В., Гаврило В.П., Недошивин С.А. Разрушение льда. Методы, технические средства. Л.: Гидрометеоиздат, 1983. 232 с. Савельев Б.А. Гляциология. М.: Изд-во МГУ, 1991. 288 с. https://ice-snow.igras.ru/jour/article/view/806 doi:10.31857/S2076673420020040 |
op_rights |
Authors who publish with this journal agree to the following terms:Authors retain copyright and grant the journal right of first publication with the work simultaneously licensed under a Creative Commons Attribution License that allows others to share the work with an acknowledgement of the work's authorship and initial publication in this journal.Authors are able to enter into separate, additional contractual arrangements for the non-exclusive distribution of the journal's published version of the work (e.g., post it to an institutional repository or publish it in a book), with an acknowledgement of its initial publication in this journal.Authors are permitted and encouraged to post their work online (e.g., in institutional repositories or on their website) prior to and during the submission process, as it can lead to productive exchanges, as well as earlier and greater citation of published work (See The Effect of Open Access). Авторы, публикующие статьи в данном журнале, соглашаются на следующее:Авторы сохраняют за собой авторские права и предоставляют журналу право первой публикации работы, которая по истечении 6 месяцев после публикации автоматически лицензируется на условиях Creative Commons Attribution License , что позволяет другим распространять данную работу с обязательным сохранением ссылок на авторов оригинальной работы и оригинальную публикацию в этом журнале.Редакция журнала будет размещать принятую для публикации статью на сайте журнала до выхода её в свет (после утверждения к печати редколлегией журнала). Авторы также имеют право размещать их работу в сети Интернет (например в институтском хранилище или персональном сайте) до и во время процесса рассмотрения ее данным журналом, так как это может привести к продуктивному обсуждению и большему количеству ссылок на данную работу (См. The Effect of Open Access). |
op_rightsnorm |
CC-BY |
op_doi |
https://doi.org/10.31857/S2076673420020040 https://doi.org/10.3189/2014JoG13J161 https://doi.org/10.1016/j.coldregions.2014.03.002 https://doi.org/10.1007/s11214-009-9619-1 |
container_title |
Ice and Snow |
container_volume |
60 |
container_issue |
2 |
container_start_page |
274 |
op_container_end_page |
284 |
_version_ |
1766003715173515264 |
spelling |
ftjias:oai:oai.ice.elpub.ru:article/806 2023-05-15T13:29:51+02:00 Contact fracture behavior of ice Особенности контактного разрушения льда V. Epifanov P. В. Епифанов П. This work was supported by RFBR (grant № 20-01-00649 «Numerical and experimental study of nonlinear wave phenomena in contact ice destruction») Работа была поддержана грантом РФФИ № 20-01-00649 «Численно-экспериментальное исследование нелинейных волновых явлений при контактном разрушении льда» 2020-05-22 application/pdf https://ice-snow.igras.ru/jour/article/view/806 https://doi.org/10.31857/S2076673420020040 rus rus IGRAS https://ice-snow.igras.ru/jour/article/view/806/517 Богородский В.В., Гаврило В.П. Лед. Физические свойства. Современные методы гляциологии. Л: Гидрометеоиздат, 1980. 384 c. Епифанов В.П. Тектоническая структура и распределение скоростей в придонных слоях ледников // Вестн. Кольского научного центра РАН. 2018. № 3 (10). С. 141–146. Pettit E.C., Whorton E.N., Waddington E.D., Sletten R.S. Influence of debris-rich basal ice on flow of a polar glacier // Journ. of Glaciology. 2014. V. 60. № 223. P. 909–1006. doi:10.3189/2014JoG13J161. Iverson N.R. A theory of glacial quarrying for landscape evolution models // Geology. 2012. V. 40. №8. P. 679–682. Makkonen L., Tikanmaki M. Modelling the friction of ice // Cold Regions Science and Technology. 2014. P. 84–93. doi:10.1016/j.coldregions.2014.03.002. Зарецкий Ю.К., Чумичев Б.Д. Кратковременная ползучесть льда. Новосибирск: Наука, 1982. 120 с. Durham W.B., Prieto-Ballestros O., Goldsby D.L., Kargel J.S. Rheological and thermal properties of ice materials // Space Science Reviews. 2010. V. 153. № 1. P. 273–298. doi:10.1007/s11214-009-9619-1. Gillet-Chaulet F., Gagliardini O., Meyssonnier J., Zwinger T., Ruokolainen J. Flow-induced anisotropy in polar ice and related ice-sheet flow modeling // Journ. NonNewtonian Fluid Mechanics. 2006. V. 134. P. 33–43. Gödert G., Hutter K. Material update procedure for planar transient flow of ice with evolving anisotropy // Annals of Glaciology. 2000. V. 30. P. 107–114. Piazolo S., Wilson C.J.L., Luzin V., Brouzet C., Peternell M. Dynamics of ice mass deformation: Linking processes to rheology, texture, and microstructure // Geochemistry, Geophysics, Geosystems. 2013. V. 14. № 10. P. 4185–41194. Епифанов В.П. Разрушение поликристаллического льда // ДАH. 1982. Т. 267. № 6. С. 1364–1367. Епифанов В.П., Глазовский А.Ф. Акустические характеристики как индикатор особенностей движения льда в ледниках // Криосфера Земли. 2010. Т. 14. № 4. С. 42–55. Епифанов В.П. Физическое моделирование режимов движения ледников // Лёд и Снег. 2016. Т. 56. № 3. С. 333–344. Валиев Р.З., Еникеев Н.А., Мурашкин М.Ю., Утяшев Ф.З. Использование интенсивных пластических деформаций для получения объёмных наноструктурных металлических материалов // Изв. РАН. Механика твёрдого тела. 2012. № 4. С. 109–122. Георгиевский Д.В. Шабайкин Р.Р. Квазистатическое и динамическое сдавливание плоского круглого идеально-пластического слоя жёсткими плитами // Математическое моделирование и экспериментальная механика деформируемого твёрдого тела. Тверь: Тверской гос. технич. ун-т, 2017. С. 56–63. Сазонов К.Е. Определение методов коррекции результатов модельных экспериментов по определению ледового сопротивления судна // Тр. ЦНИИ им. акад. А.Н. Крылова. 2016. Вып. 92 (376). С. 93–108. Гольдштейн Р.В., Епифанов В.П., Осипенко Н.М. Масштабный эффект при разрушении речного льда в условиях индентирования // Актуальные проблемы механики: Механика деформируемого твердого тела / Отв. ред. Р.В. Гольдштейн. М.: Наука, 2009. С. 35–55. Епифанов В.П. Влияние промежуточного слоя на прочность соединения льда с подложкой // ДАН. 2017. Т. 472. № 1. С. 27–32. Черепанов Н.В. Классификация льдов природных водоёмов // Науч. тр. Института Арктики и Антарктики. 1976. Т. 331. С. 77–99. Епифанов В.П. Влияние импульсов напряжений на структуру льда в промежуточном слое // ДАН. 2018. Т. 479. № 6. С. 629–633. Епифанов В.П. Моделирование процессов рекристаллизации в придонных слоях ледников // Криосфера Земли. 2015. Т. 19. № 3. С. 20–31. Епифанов В.П. Разрушение льда при ударных взаимодействиях // ДАН. 1985. Т. 284. № 3. С. 599–603. Колесников Ю.В., Морозов Е.М. Механика контактного разрушения. М.: Наука, 1989. 224 с. Хейсин Д.Е., Лихоманов В.А. Экспериментальное определение удельной энергии механического дробления льда при ударе // Проблемы Арктики и Антарктики. 1973. № 41. С. 55–61. Herz H. Über die Beruhrung fester elastichen Korper // Journ. für die reine und angewandte Mathematik. 1882. В. 92. S. 156–171. Кильчевский Н.А. Динамическое контактное сжатие твёрдых тел. Удар. Киев: Наукова думка, 1976. 320 с. Тимошенко С.Л., Гудьер Дж. Теория упругости. М.: Наука, 1975. 576 с. Богородский В.В., Гаврило В.П., Недошивин С.А. Разрушение льда. Методы, технические средства. Л.: Гидрометеоиздат, 1983. 232 с. Савельев Б.А. Гляциология. М.: Изд-во МГУ, 1991. 288 с. https://ice-snow.igras.ru/jour/article/view/806 doi:10.31857/S2076673420020040 Authors who publish with this journal agree to the following terms:Authors retain copyright and grant the journal right of first publication with the work simultaneously licensed under a Creative Commons Attribution License that allows others to share the work with an acknowledgement of the work's authorship and initial publication in this journal.Authors are able to enter into separate, additional contractual arrangements for the non-exclusive distribution of the journal's published version of the work (e.g., post it to an institutional repository or publish it in a book), with an acknowledgement of its initial publication in this journal.Authors are permitted and encouraged to post their work online (e.g., in institutional repositories or on their website) prior to and during the submission process, as it can lead to productive exchanges, as well as earlier and greater citation of published work (See The Effect of Open Access). Авторы, публикующие статьи в данном журнале, соглашаются на следующее:Авторы сохраняют за собой авторские права и предоставляют журналу право первой публикации работы, которая по истечении 6 месяцев после публикации автоматически лицензируется на условиях Creative Commons Attribution License , что позволяет другим распространять данную работу с обязательным сохранением ссылок на авторов оригинальной работы и оригинальную публикацию в этом журнале.Редакция журнала будет размещать принятую для публикации статью на сайте журнала до выхода её в свет (после утверждения к печати редколлегией журнала). Авторы также имеют право размещать их работу в сети Интернет (например в институтском хранилище или персональном сайте) до и во время процесса рассмотрения ее данным журналом, так как это может привести к продуктивному обсуждению и большему количеству ссылок на данную работу (См. The Effect of Open Access). CC-BY Ice and Snow; Том 60, № 2 (2020); 274-284 Лёд и Снег; Том 60, № 2 (2020); 274-284 2412-3765 2076-6734 acoustic-mechanical method cumulative effect intermediate layer plasticity structure акустико-механический метод кумулятивный эффект пластичность промежуточный слой структура info:eu-repo/semantics/article info:eu-repo/semantics/publishedVersion 2020 ftjias https://doi.org/10.31857/S2076673420020040 https://doi.org/10.3189/2014JoG13J161 https://doi.org/10.1016/j.coldregions.2014.03.002 https://doi.org/10.1007/s11214-009-9619-1 2022-12-20T13:30:18Z The formation of an intermediate layer under hydrostatic compression at a shear appearing due to the action of converging and diverging fronts of stress momentums (pulses) is considered. Continuous monitoring of deformational changes in the structure of ice was carried out using acoustic methods. The features of contact ice breaking in the diverging fronts of stress pulses are considered by the example of the slow impact of a rigid spherical indenter on an ice plate simulating half-space. Using the piezoelectric accelerometer, an oscillogram of the impact was recorded and a generalized dependence of the reduced stress on the reduced instantaneous velocity of the impact (semi-cubic parabola) was obtained. It is established that under conditions of the experiment (smooth convex indenter surface and icy half-space) a thin intermediate layer is formed, the properties of which determine the physical similarity in the family of curves «instantaneous force-instantaneous velocity». A rheological model with due regard for the change in the microstructure of ice during the impact is proposed. Quantitative determinations of the deformation changes in structure of solid ice samples were performed under intensive plastic deformation in a matrix with a profile similar to the Laval nozzle. The deformations created by the piston caused forced vibrations in the ice. The working surface of the piston in the form of an ellipsoid together with the smooth walls of the matrix and the reverse cone created conditions for parametric resonance and the formation of fronts of highfrequency stress pulses. Under influence of these pulses, zones with a superplastic fine-crystalline structure of ice (cumulative effect) were formed in ice. In the outlet cylindrical channel, a flow around an obstacle of the ice with the structure of an intermediate layer (dynamic viscosity 20 MPa s) and the distribution of velocities of motion over the channel cross section were studied. The obtained results can be used to simulate the processes of contact ... Article in Journal/Newspaper Annals of Glaciology Ice and Snow (E-Journal) Nozzle ENVELOPE(159.100,159.100,-79.917,-79.917) Nozzle The ENVELOPE(159.100,159.100,-79.917,-79.917) Ice and Snow 60 2 274 284 |