盐水柱状模型冰弯曲强度试验分析

刚旭皓，田于逵，季少鹏，国 威，寇 莹

（中国船舶科学研究中心，江苏无锡214082）

0 引 言

冰区航行船在设计、建造和使用过程中，破冰阻力是必须要考虑的环境作用之一。冰阻力的大小和作用形式不仅和冰区船的船型和大小有关，同时也受到冰的物理和力学特性的影响[1]。在冰区航行船破冰过程中，冰层会经历劈裂、挤压和弯曲破坏的过程，其中弯曲破坏为主要的破坏形式之一，因此对冰的弯曲强度进行测试在研究冰区航行船破冰阻力时具有重要的意义。在近半个世纪的研究过程中，对弯曲强度的测量主要发展了原位悬臂梁试验和简支梁试验两种测量方式[2-3]。原位悬臂梁试验方法在测量过程中冰样始终处在原来的环境中，可以减少因冰温、盐度等冰的基础特性的变化而带来的误差，并且操作简单、样品易处理，是室内冰水池模型试验的重要方法。冰是一种复杂的晶体材料，其冰晶大小和分布特性、温度、盐度、加载速率、加载时间、冰样尺寸、回温时间等因素对弯曲强度均有很大的影响[4-6]。自20 世纪70 年代以来，陆续有研究人员对这方面开展研究：Maattanen[7]在波罗的海的现场试验中研究了冰样尺寸和加载速率对海冰弯曲强度的影响，得到冰的弯曲强度会随着冰样宽度的增加而增加，但几乎不受冰样长度影响的结论；Frederking 和Timico[8-9]分别在不同的时间进行了模型冰的弯曲强度试验，测得冰的弯曲强度和加载速率无明显的相关性；李志军（1999）[10]研究了细粒酒精冰弯曲强度的影响因素，发现了加载速率对细粒酒精冰弯曲强度的影响与渤海海冰类似，均呈现韧脆转变的特性；……