海冰在单轴压缩下的韧-脆转化机理及破坏模式

• 作者: 季顺迎 王安良 陈晓东
• 来源期刊: 中国科学（物理学 力学 天文学）
• 关键词: 海冰 单轴压缩强度 韧-脆转化 破坏模式
• 年，卷（期）: 2018,（12）
• 所属期刊栏目: 论文
• 页码范围: 20-31
• 页数: 12页
• 语种: 中文
• DOI: 10.1360/SSPMA2018-00083

摘要

海冰的破坏模式在不同加载速率下呈现出韧-脆转化特征.为研究海冰的韧-脆转化机理,本文对渤海东北部海域的平整冰进行了现场单轴压缩试验.该试验采用的海冰为典型的h2型柱状冰,其盐度变化范围为5.5‰-7.4‰,试样温度在-15℃至-18.3℃之间.试验中对几何尺寸为50 mm×50 mm×107mm的长方体试样施加垂直于生长方向的压缩载荷,由此得到海冰在不同加载速率下的单轴压缩强度.在试验过程中所采用的应变率区间为4.5×10-5-7.5×10-3 s-1.由于在不同加载速率下海冰应变率的不同,海冰呈现出3种不同的破坏模式:在加载速率较低时,海冰强度随加载速率的提高而增大,海冰中裂纹尖端的应力集中通过蠕变作用释放而抑制了裂纹扩展,最终呈现为韧性破坏模式;当应变率在9× 10-4-5×10-3 s-1区间时,海冰内部的裂纹能够沿主轴方向稳定生长并产生贯穿整个试样的主裂纹,形成劈裂破坏,海冰则呈现为韧-脆转化破坏;当加载速率较高时,海冰试样的裂纹尖端无法稳定生长而产生斜向裂纹并构成碎裂破坏,海冰则呈现为脆性破坏模式.以上试验结果还表明,每种破坏模式均有与之对应的强度-应变率关系,且海冰在不同应变率下的破坏模式决定了其单轴压缩强度特征,是其发生韧-脆转化的主导因素.此外,本文还对海冰在不同加载速率下等效弹性模量的变化规律进行了讨论分析.