冰层弯曲强度和弹性模量与等效冰温的试验关系

采用原位悬臂梁方法对内蒙古乌梁素海淡水冰层进行弯曲强度与弹性模量测定。应用材料力学理论,在假设冰层为均质各向同性材料;梁的根部刚性连接;没有水浮力支承条件下,计算冰层弯曲强度与弹性模量。同时试验时冰层温度垂直剖面。首先用冰层中间处温度,建立弯曲强度和弹性模量与冰温之间的初始关系;然后将冰温垂直剖面分布式带入弹性模量与冰温的初始关系式中,得到弹性模量垂直剖面,据此确定冰层弯曲破坏时中性轴的近似位置。在利用中性轴近似位置处冰温,再次建立弹性模量与冰温之间的关系,利用迭代思想确定更加精确的中性轴位置。迭代四次之后,得到中性轴精确位置。将中性轴精确位置处的冰温作为冰层的等效温度,并依次建立弯曲强度和弹性模量同等效冰温的试验关系。分析结果表明,温度从-1.831℃到-7.726℃,弯曲强度在436.12kPa到750.31kPa之间,弹性模量在3.62GPa到6.71GPa之间。它们的总体走势是随着冰温的降低,弯曲强度和弹性模量呈现增加趋势。     

实测冰-水侧向界面热力学融化速率

在融冰期的乌梁素海人工挖凿开敞水域以模拟浮冰-水道系统,连续观测冰-水侧向界面的热力学侧向融化。根据实测数据,分析冰-水侧向界面的形状变化和影响融化速率的因素。结果显示,冰-水侧面中部形状近似直线,下部呈圆弧状,上部受气温影响向内或向外倾斜。气温是影响融化速率的主要因素,平均气温越高,融化速率越大。风速越大融化速率越低,既表现在高风速与低气温往往同时出现,又表现在风速加速了水体蒸发而降低水温。风拖曳表层水体运动,加速迎风侧水体的热量对流,降低水温,降低融化速率;通过二元回归分析建立融化速率、气温和风速之间的关系的相关关系。