一种用于测试海冰弯曲强度的方法技术

本发明专利技术公开了一种用于测试天然海冰材料弯曲强度的实验装置及方法，设有海冰切割机、海冰压力试验机、探针式温度计、盐度计、密度计、低温冷冻柜及高速录像仪。实验方法包括试样加工、数据测量记录等步骤。本实验方法综合考虑了影响海冰弯曲强度的诸多因素，提供了一种系统的便于实现的海冰弯曲强度测试方法。本发明专利技术采用整合性较强的压力机设备，避免了分体式设备在加载及采集过程中的不稳定因素，减小了实验误差。通过对海冰弯曲强度性质的测试，有助于进一步明确海冰与海上结构的相互作用机理及影响因素。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及工程领域的海冰力学特性实验方法，特别是关于一种用于验证海冰各 项参数对海冰弯曲强度的影响程度的实验方法。
技术介绍
海洋结构物所处的环境非常复杂，它要承受风、海浪、海流、海冰和潮汐荷载的作 用，同时还有承受地震荷载的威胁。海冰会对船体、平台和生产设备等造成重大威胁。历史 上曾发生过许多海洋平台被海冰推倒，海冰导致的结构疲劳失效的工程事故。海冰还有可 能划过海底形成沟壑，严重威胁海底生产系统。海冰的存在严重阻碍着供给船和运输油船 的通行，给能源生产、安全管理和人员撤离等造成了很大困难。 冰荷载已经成为很多海洋结构物的主要荷载，其对结构物及船舶的破坏方式有很 多种，包括挤压破坏、海冰撞击、冻结附着、摩擦及在有斜面结构物上的爬坡等。在极值冰力 作用下，海洋结构物容易被推倒，在交变冰力作用下会产生冰激结构振动，导致疲劳破坏如 管节点的疲劳破坏、平台管线断裂、法兰松动等，冰激振动还会影响甲板上人员的舒适度、 机械设备的稳定等。 海冰对海上结构物的作用力很大程度取决于海冰的强度、厚度和结构物的形状。 在设计海上结构物时要针对不同海域不同冰情条件来确定结构物的结构形式，目前海洋平 台采用在直立粧腿上加抗冰锥体，增强抗冰能力。但这还远远不够，为了让我们更好的避免 工程事故的发生，减轻海冰对结构物的破坏，降低损失，就必须研究清楚海冰的物理力学性 质，包括海冰的盐度、密度、压缩强度、弯曲强度、剪切强度等，弯曲强度由于在破坏形式上 的特点，其强度值较压缩强度较小，通过研究海冰弯曲强度有利于优化寒区结构的设计建 造。现有的海冰实验主要集中于海冰的压缩实验，对海冰的弯曲实验考虑较少。另外，现有 弯曲实验往往只针对主要关注参数进行重点考虑，实验方法各有较大差异，通用性不强。本 方法综合考虑了影响海冰弯曲强度的诸多因素，提供了一种系统的便于实现的海冰弯曲强 度测试方法。
技术实现思路
针对现有实验方法的不足，本专利技术提供一种用于测试海冰弯曲强度及其物理特性 的方法，通过此方法可以得到海冰试样的弯曲强度数值、温度值、盐度值、密度值。 为实现上述目的，本方案的技术方案是： -种用于测试海冰弯曲强度的方法，包括用于进行海冰试样加工的海冰切割机、 用于进行实验加载的海冰压力试验机、用于测量海冰试样温度的探针式温度计、用于测量 海冰试样盐度的盐度计、用于测量海冰密度的密度计、用于存储试样的低温冷冻柜、用于记 录实验过程的高速录像仪。 具体步骤如下： 第一步：将现场采集的毛坯冰块切割成弯曲的六面体试样，其长*宽*高为 70mm*70mm*600mm，并保证试样各面的平整度，误差不超过3mm;置于零下10°C-零下20°C环境下存储24小时； 第二步：将上述试样取出，使用密度计测量试样密度，使用探针式温度计记录试样 各表面温度； 第三步：采用四点弯曲方式将试样固定放置于海冰压力试验机加载位置，并调节 海冰压力试验机将试样预紧，产生0~(λ5N的预紧力； 第四步：按照位移加载方式设置海冰压力试验机，加载速率控制为1~40mm/s，实 时采集所产生的应力； 第五步：启动海冰压力试验机对试样进行加载实验，同时开启高速录像仪对试样 整个加载过程进行记录，待试样出现明显破坏时停止操作； 第六步：从破坏部位选取6份试样碎肩，使用盐度计对试样盐度进行测量并记录 数据。 根据具体实验试样数量以及实验要求重复第一步到第六步实验。 进一步，将第二步中测得的6组温度值中去除最低温度值和最高温度值，取其余4 个温度平均值作为试样温度记录。 进一步，将第六步中测得的6组盐度中去除最高盐度和最低盐度，取其余4个盐度 的平均值作为试样盐度记录。 本专利技术的有益效果： (1)本专利技术采用四点弯曲方法进行海冰弯曲实验，相比于常规的三点弯曲方法，此 方法可使海冰试样的受力更加均匀。 (2)本专利技术考虑了影响海冰弯曲强度的温度、盐度、密度因素，为后续综合分析影 响海冰弯曲强度的方法提供方便。 (3)本专利技术采用高速录像仪对实验过程进行记录，为后续针对海冰破坏瞬间的破 坏形式分析提供数据支撑。【附图说明】 图1海冰弯曲实验流程图。 图2试样形状及加载示意图。【具体实施方式】 本专利技术提供了一种测量海冰弯曲强度及其物理特性的实验方法，具体实验方法如 下： 第一步：利用现场采集的毛坯冰块通过海冰切割机加工成弯曲实验所需 600mm*70mm*70mm(长*宽*高）长方体试样，并保证试样各面的平整度，误差不超过3mm。 一个试样加工完成后放置于零下l〇°C到零下20°C范围内的低温环境下存储24小时。由 于海冰冰晶生长有一定方向，在试样加工时应确保后续实验时加载方向与冰晶生长方向一 致。 第二步：从上述低温环境下取出试样，使用密度计测量试样密度，使用探针式温度 计记录试样各表面温度。 从所获6组温度值中去除最低温度值以及最高温度值，取其余4个温度平均值作 为实验试样温度进行记录。 第三步：采用四点弯曲方式将试样固定放置于海冰压力试验机加载位置，并调节 海冰压力试验机将试件进行预紧，产生0N~0. 5N的预紧力即可认为试样已经夹持牢固。 根据四点弯曲实验试样受力特点，计算弯曲应力〇b，即： 其中，P_为d试样破坏时的最大压力，c为力作用点到支撑点之间的距离，b为试 样横截面宽度，h为试样横截面高度。 第四步：设置海冰压力试验机的加载方式。加载方式主要包括：按照力加载和按 照位移加载。为了与实际海冰与结构相撞击的形式相符合，实验选取按位移加载方式。加 载速率控制在lmm/s~40mm/s的范围内。并设置试验机对实验过程中所产生的应力数据 进行米集。 第五步：启动海冰压力试验机对试样进行加载实验，同时开启高速录像仪对试样 整个加载过程进行记录，待试样出现明显破坏时停止实验。 第六步：从破坏部位选取6份试样碎肩，使用盐度计对试样盐度进行测量并记录 数据。去除所测最高盐度和最低盐度，取其余4个盐度的平均值作为实验试样盐度进行记 录。【主权项】1. ，其特征在于，步骤如下： 第一步：将现场采集的毛坯冰块切割成弯曲的六面体试样，其长*宽*高为 70mm*70mm*600mm，并保证试样各面的平整度，误差不超过3mm;置于零下10°C -零下20°C 环境下存储24小时； 第二步：将上述试样取出，使用密度计测量试样密度，使用探针式温度计记录试样各表 面温度； 第三步：采用四点弯曲方式将试样固定放置于海冰压力试验机加载位置，并调节海冰 压力试验机将试样预紧，产生O~〇? 5N的预紧力； 第四步：按照位移加载方式设置海冰压力试验机，加载速率控制为1~40mm/s，实时采 集所产生的应力； 第五步：启动海冰压力试验机对试样进行加载实验，同时开启高速录像仪对试样整个 加载过程进行记录，待试样出现明显破坏时停止操作； 第六步：从破坏部位取6份试样碎肩，使用盐度计对试样盐度进行测量并记录数据。2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将第二步中测得的6组温度值中去除最低 温度值和最高温度值，取其余4个温度平均值作为试样温度记录。3. 根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，将第六步中测得的6组盐度中去除最 高盐度和最低盐度，取其余4个盐度的平均值作为试样盐度记录。【专利摘要本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于测试海冰弯曲强度的方法，其特征在于，步骤如下：第一步：将现场采集的毛坯冰块切割成弯曲的六面体试样，其长*宽*高为70mm*70mm*600mm，并保证试样各面的平整度，误差不超过3mm；置于零下10℃‑零下20℃环境下存储24小时；第二步：将上述试样取出，使用密度计测量试样密度，使用探针式温度计记录试样各表面温度；第三步：采用四点弯曲方式将试样固定放置于海冰压力试验机加载位置，并调节海冰压力试验机将试样预紧，产生0～0.5N的预紧力；第四步：按照位移加载方式设置海冰压力试验机，加载速率控制为1～40mm/s，实时采集所产生的应力；第五步：启动海冰压力试验机对试样进行加载实验，同时开启高速录像仪对试样整个加载过程进行记录，待试样出现明显破坏时停止操作；第六步：从破坏部位取6份试样碎屑，使用盐度计对试样盐度进行测量并记录数据。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张大勇，岳前进，于哲敏，许宁，王国军，娄春娟，罗成喜，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21