海冰弯曲强度及其破坏过程的试验研究

孟丁丁，陈晓东，季顺迎

（大连理工大学 工业装备结构分析国家重点实验室，辽宁 大连 116024）

不同海域的海冰受气象、水文等环境因素的影响，其冰晶结构、冰温、盐度和密度等各有不同，这些特征对海冰的弯曲强度、压缩强度、剪切强度等力学性质有很大影响（陈晓东等，2019；刘成等，2020；王慧等，2020）。在海冰与极地船舶、海洋平台、斜面护坡等海洋工程结构的相互作用中，海冰的破坏模式主要为弯曲破坏（Long et al，2020；Kujala，1996）。因此，海冰弯曲强度的试验确定对极地船舶与海洋工程的抗冰设计具有重要意义（Timco et al，2010；Ince et al，2017；Riska et al，2017；Wang et al，2017）。

冰载荷是影响极地船舶和海洋结构安全与可靠性的主要环境载荷（薛彦卓等，2018；Kong et al，2020），可采用理论推导、数值模拟、模型试验和现场测量等方法进行系统的研究。冰荷载的大小、形式不仅与海洋结构物的形状、尺寸有关，同时还受海冰物理和力学特性的影响（季顺迎等，2011）。因此，对于特定海域的海冰需要进行现场采样和试验测试。目前，对于海冰弯曲的试验研究主要包括三点弯曲、四点弯曲以及悬臂梁试验，其中三点弯曲大多将冰样取回并制备成试样在室内进行，悬臂梁试验大多在现场进行（Han et al，2016；Timco et al，1994；Parsons et al，1992）。海冰温度与卤水体积呈线性关系（Croasdale et al，1997），并进一步影响海冰的弯曲强度（王安良等，2016；Gagnon et al，1995），而卤水体积和弯曲强度呈负指数关系（Timco et al，1990）。此外，应变速率对海冰断裂过程有显著影响（孟广琳等，1987；隋吉学等，1996；季顺迎等，2014）。一般认为，海冰的韧脆转化特性主要发生于单轴压缩试验条件下（岳前进等，2005；李志军 等，2011；Snyder et al，2016；陈晓东等，2018）。……