Modeling of the stress-strain state of the ice cover

Abstract

В последнее время усилилась деятельность человека в арктических и антарктических районах, а параллельно с этим возросли потребности в полном понимании процесса разрушения льда. Эти сведения имеют непосредственное применение ко многим задачам инженерной практики, и не только в полярных районах, но и в умеренных широтах применительно к зимним условиям. К числу таких задач относятся: разрушение ледяного покрова ледоколами или другими техническими средствами, устройство ледовых дорог и переправ, взлетно-посадочных полос и т.д. Многие проблемы, связанные со льдом, были решены и решаются в лабораторных условиях. Причем в последние годы доля лабораторных исследований постоянно увеличивается. Это происходит потому, что лабораторное оборудование все более и более усложняется, методика проведения экспериментов в каждой серии опытов при этом совершенствуется, а условия экспериментов поддаются более точному контролю. Однако с появлением систем автоматизированного проектирования, в состав которых включены модули для структурного анализа, стало возможным прогнозировать поведение изделий и конструкций в реальной среде путем виртуального тестирования CAD-моделей. Описанный способ моделирования напряженно-деформированного состояния ледяной пластины, разделенной трещинами, методом конечных элементов (линейный статический анализ) позволяет оценить несущую способность ледяного покрова без дорогостоящих экспериментальных исследований. Recently, human activity in the Arctic and Antarctic regions has intensified, and in parallel with this, the need for a full understanding of the process of ice destruction has increased. This information is directly applicable to many tasks of engineering practice, and not only in polar regions, but also in temperate latitudes in relation to winter conditions. Such tasks include: the destruction of the ice cover by icebreakers or other technical means, the construction of ice roads and crossings, runways, etc. Many problems related to ice have been solved and are being solved in the laboratory. Moreover, in recent years, the share of laboratory research has been constantly increasing. This is because laboratory equipment is becoming more and more complicated, the method of conducting experiments in each series of experiments is being improved, and the experimental conditions are subject to more precise control. However, with the advent of computer-aided design systems, which include modules for structural analysis, it became possible to predict the behavior of products and structures in a real environment by virtual testing of CAD models. The described method of modeling the stress-strain state of an ice plate separated by cracks by the finite element method (linear static analysis) allows us to estimate the bearing capacity of the ice cover without expensive experimental studies.