Установка для моделирования воздейст-Вия льдА HA гидРОТЕХНичЕСКиЕ СООРужЕ-Ния Советский патент 1981 года по МПК E02B1/02 E02B15/02 

.. , 1

Изобретение относится к гидродинамическим испытаниям, а именно, к устройствам для модели эования воздействия льда на гидротехнические сооруженияi

Известна установка для моделирования воздействия льда на гидросооружения , включающая емкость с вдой и ледяное поле, образуемое в результате охлаждения воды в зимни период 1 .

Недостатком известной установки является то, что получение льда и проведение экспериментов возможно только в зимнее время и только в местности с холодными зимами.

Наиболее близкой к изобретению является установка для моделирования воздействия льда на гидротехнические сооружения и- для исследования льда, включающая бассейн и ледяное поле. Лед получается путем - распыления над водой измельченного снега. При попадании на лед частиц снега получается моделированный лед 2. .

Недостатком установки является невозмох ность создания условий моделирования, достаточно близких к натурным, так как моделированный

лед по своим прочностным свойствам не идентичен натурному. : Цель изобретения - создание уелоВИЙ моделирования близких к натурным путем устранения отмеченных недост атков.

Поставленная цель достигается тем, что установка снабжена жестким . каркасом в виде пространственной

0 рамы, расположенной в бассейне и имеющей тяги с упругими элементами и прижимными шайбами, между которыми расположено ледяное поле.

На чертеже показана установка

5 для моделирования воздействия льда на гидротехнические сооружения, поперечный разрез.

Установка включает бассейн 1, наполненный водой 2, ледяное поле 3,

0 жесткий каркас 4, ригель 5, тяги 6, упругие элементы 7, прижимные шайбы 8,модель сооружения 9, тяговый трос 10, направляющие 11, каретки 12.

Работает установка следующим

5 образом.

После образования ледяного поля в бассейне 1 перед испытанием модели уровень воды в нем понижается и ледяное поле 3, заключенное в прижимные

0 шайбы 8, промораживается до приоб- ретения заданной прочности.При это вступают в работу упругие элементы усилие от которых воспринимается ригелем 5 жесткого каркаса 4. По мере приложения нагрузки к тя говому TjSbcy 10 модель сооружения 9 при помощи направляющих 11 и каретк 12 поступательно продвигается сквоз ледяное поле 3, прорезая и деформируя последнее. По мере деформации л дяного поля 3 включаются в работу упругие элемента 7, которые растяги ваются при вертикальной деформации ледяного поля и через тяги б переда усилиена нижний ригель 5 жесткого каркаса 4, при этом жесткий каркас остается неподвижным. Тем самым создаются дополнительные усилия,имм тирующие увеличение выталкивающей силы воды как упругого основания пропорционально линейному масштабу моделирования. В связи с этим дости гается равенство относительно перем щения д/Н,где Н - толщина ледяного поля, и последнее разрушается за счет смятия без потери устойчивости что соответствует картине разрушени ледяного поля в натурных условиях. При моделировании должно быть выполнено условие Th Е где Е и Е - модули деформации льда собственно модели и на туры. Здесь возможны два пути моделирования: ..первый - не менять плотнос воды тогда получим h X h, Е где - линейный масштаб моде л ирования. Отсюда видно что модуль деформ ции льда должен быть уменьшен, пропо ционально линейному масштабу. Соот ношение усилий, вызывающих потерю устрйчизости на модели ив натуре, будет иметь вид Р, . Отсюда следует, что прочность льда на сжатие должна быть уменьшена пр порционально линейному масштабу. Однако, опыт показывает, что приме нение структурно-модулированного льда, в котором уменьшен модуль де формации, имеет низкую прочность только при изгибе, снижение прочно ти на сжатие происходит в меньших пределах; Это приводит к нарушению равенства . и где Р и Р - усилия при разрушении за счет смятия и поте устойчивости. Поэтому указанный выше способ моделирования применим при1), когда Р PJ и наблкщается разрушение за счет смятия , хотя последнее равенство не имеет места. Если не менять упругих свойств структурно-моделированного льда,т.е. ,Ё Е ,ТО в этом случае возникает техническая трудность выполнения критериев подобия, так как должно быть выполнено условие , Назовем данное условие моделированием по весовому или гравитационному подобию. Для моделирования с выполнением этого условия и служит указанное гравитационное устройство, позволяющее создать дополнительные усилия на ледяное поле. Эти усилия имитируют увеличение выталкивающих сил воды. Изменение величины выталкивающих сил в данном случае эквивалентно увеличению удельного веса.воды и льда, что и позволяет выполнить критерий jr 2Г- X . В результате использования изобратения в лабораторных условиях получается лед, прочностные свойства которого идентичны натурному.. Использование предлагаемой установки в связи с проводимыми экспериментальными исследованиями по опрецелению воздействия льда на морские гидротехнические сооружения, расположенные на акваториях замерзающих морей, в частности морские нефтегазопромышленные сооружен-ия. , Изучение же воздействия ледяных полей на сооружения в натурных условиях достаточно сложно и потребовало бы строительства дорогостоящего экспериментального ледостойкого основания. Экономическую эффектив.Н9сть использования предлагаемого устройства в денежном выражении в данный момент определить не представляется возможным, поскольку в Советском Союзе ледостойких оснований до сих пор не воздвигалось, однако по зарубежным данным стоимость подобного сооружения составляет порядка 20 млн.долларов. Формула изобретения Установка для моделирования воздействия льда на гидротехнические сооружения, включающая бассейн и ледяное поле, отличающаяся :тем, что, с целью создания условий моделирования, близких к натурным, она снабжена жестким .каркасом в виде пространственной рамы, расположенной в бассейне и имеющей тяги с упругими элементами и прижимными шайбами, между которыми расположено ледяное поле.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Grosdala K.R. Ice Enqineerinq for offoshore petroleum .Exploration

in Canada, Imperial Oil ltd, Cargary, Canada, 1977, p,,27.

2. Лавров В.В. Деформация и прочность льда, 1969. с. 191.