Томские учёные создали программу для анализа разрушения льда при ударах

Специалисты из Томского госуниверситета разработали программное обеспечение, которое позволяет моделировать, как лёд разрушается под действием динамических нагрузок. Исследование проводилось совместно с Российским научным фондом, о чём сообщил портал «Жуковский.Life».

Установлено, что структура льда и сила удара напрямую влияют на характер разрушения: если лёд содержит много воздушных полостей, он распадается на крупные фрагменты, тогда как плотный лёд с малой пористостью крошится на мелкие куски. Эти знания особенно важны для борьбы с ледяными заторами в Сибири, которые могут растягиваться на сотни километров, и для повышения безопасности судоходства в арктическом регионе. Статья с результатами работы опубликована в научном издании «Механика композиционных материалов и конструкций».

Север развивается, активизируется добыча ресурсов в Арктике, и тема ледовых заторов становится всё более актуальной. Ранее поведение льда изучали только в лабораториях, но моделирование с помощью вычислительных методов оказалось проще и дешевле. Этот подход помогает анализировать, как ледоколы и другие механические воздействия влияют на ледяные массы.

Учёные разработали численные методы и программу, которая рассчитывает, как лёд реагирует на удары и взрывы. В одном из экспериментов металлический снаряд, движущийся со скоростью 600 м/с, пробивал конструкцию, собранную из льда и металлических пластин. При этом стальные элементы выдерживали удар, не растрескиваясь.

Было установлено, что увеличение количества пластин с одной до одиннадцати увеличивает время пробития с 105 до 250 микросекунд. Низкопористый лёд разрушался в виде множества мелких осколков, в то время как лёд с содержанием воздуха до 30% ломался на крупные фрагменты. Эти результаты подтвердили точность разработанной модели, которая хорошо описывает поведение как льда, так и металла под нагрузкой.

Полученные данные пригодятся при планировании мероприятий по борьбе с заторами на сибирских реках, позволяя снизить применение взрывчатки. В будущем команда планирует доработать программу, а также провести новые эксперименты в лабораторных и реальных условиях.