Математическое моделирование процесса разрушения ледяного покрова под действием динамических нагрузок

• Автор: Прокудин, Александр Николаевич
• Шифр специальности: 01.02.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Комсомольск-на-Амуре
• Количество страниц: 129 с. : ил.

Содержание
Введение
Глава 1. Разработка новых способов и устройств разрушения ледяного покрова динамическим воздействием
1.1. Проблемы инженерной гляциологии. Обзор способов разрушения ледяного покрова и заторов
1.2. Описание предлагаемых устройств и способов разрушения ледяного покрова динамическим воздействием
Глава 2. Построение математической модели процесса разрушения ледяного покрова динамическим воздействием
2.1. Обзор исследований по механике ледяного покрова
2.2. Выбор модели деформирования ледяного покрова
2.3. Постановка задачи
Глава 3. Численная схема и алгоритм расчета напряженно-деформированного состояния в многокомпонентной системе, находящейся под действием динамической нагрузки
3.1. Обзор численных методов механики сплошных сред
3.2. Общая численная схема решения задач
3.3. Алгоритм решения задачи
Глава 4. Результаты численных экспериментов
4.1. Физико-механические параметры морского и речного льда
4.2. Исследование процесса разрушения морского ледяного покрова
4.3. Исследование процесса разрушения ледяного покрова рек и
озер

4.4. Моделирование процесса разрушения ледяного покрова с учетом сжимаемости упругих сред
Заключение
Литература

Введение
Одной из актуальных проблем современной инженерной гляциологии, ледотехники и механики льда является разрушение ледяного покрова. С этой проблемой связано решение ряда важнейших прикладных задач в полярных регионах Земли. На внутренних водных путях к таким задачам относятся борьба с ледяными заторами |119| и продление навигации [7], а в морских акваториях - создание судоходных каналов во льду и обеспечение безопасности нефте- и газодобывающих платформ.
Традиционные средства разрушения ледяного покрова обладают рядом недостатков, в частности, использование ледоколов сопряжено с высокими энергетическими затрами [7], взрывной способ [16] малоэффективен и наносит серьезный вред экологии, термические средства крайне энергозатратны и их использование оправдано либо при наличии источников дешевой энергии, либо для местного уменьшения прочности ледяного покрова. В диссертации исследуются новые способы и устройства [30—32] локального разрушения ледяного покрова, основанные на энергии взрыва газовоздушной смеси, обладающие рядом преимуществ по сравнению с распространенными в настоящее время методами. Во-первых, газовоздушпые смеси значительно дешевле эквивалентного по теплоте взрыва количества тротила, во-вторых, взрыв газовоздушных смесей не наносит столь сильного ущерба экологии, как взрыв концентрированных взрывчатых веществ.
Актуальность проведенного в работе исследования также обусловлена тем фактом, что прежде чем делать вывод о практической значимости и возможном промышленном внедрении рассматриваемых технических систем, требуется подробное исследование процесса разрушения льда при различных значениях параметров, включающее в себя такие аспекты, как определение зон возможного разрушения льда, оценка напряжений в конструк-

Из уравнения несжимаемости вытекает равенство:
<Э2щ

дхдх у
Таким образом, с учетом уравнения несжимаемости, выражение (2.14) примет вид:
Учитывая равенства (2.13) и (2.15), получим (2.12).
Для моделирования процесса горения в областях V и VI используются следующие упрощающие предположения [24, 26]:
- Продолжительность процесса невелика (=0.1 с), по этой причине его можно принять адиабатическим, а для продуктов горения использовать закон:
Воздействие продуктов горения на компоненты системы передается путем задания граничных условий по давлению на поверхностях контакта областей V и VI с водой и цилиндрами. Давление продуктов горения газовоздушной смеси (р3 ир4в областях V и VI соответственно) в ходе процесса возрастает от начального значения р1 до конечного р2.
В результате получаем, что давление в ходе процесса с одной стороны возрастает, а с другой уменьшается, вследствие расхождения цилиндров. Время процесса определяется толщиной газовоздушной подушки и скоростью горения:
(2.15)
РУ - сопзг