Исследование методов экспресс анализа определения прочности льда. неоднородность ледяного покрова

Актуальность темы исследования
Россия обладает самой протяженной в мире морской границей, составляющей 38,8 тыс. километров с площадью шельфа 4,2 млн. кв. километров, из которых 3,9 млн. кв. километров перспективны для добычи углеводородных ресурсов. При этом более 80 процентов запасов нефти и газа России сосредоточено на шельфе северных морей.
Освоение разведанных запасов нефти и газа на шельфе Охотского моря существенно улучшит обстановку в топливно-энергетическом комплексе Дальневосточного региона, даст сырьё для химической промышленности, позволит создать новые рабочие места.
Анализ технических средств и способов разработки месторождений показывает, что наиболее перспективным способом является надводный способ, требующий строительства уникальных морских ледостойких платформ (МЛП). Однако, освоение месторождений шельфа северных и дальневосточных морей сдерживается тем, что не решен в достаточной мере ряд технических задач. В частности, эксплуатация таких платформ в замерзающих морях осложняется воздействием на них ледяного покрова.
Проблемы, связанные с оценкой ледовых воздействий на технические средства освоения морских месторождений нефти и газа, являются в последние десятилетия одними из актуальнейших в мире. Их разработкой в настоящее время заняты многие зарубежные научные центры и ряд научных коллективов в нашей стране.
При этом многие вопросы определения расчетных значений ледовой нагрузки требуют дальнейших исследований. Сюда следует отнести определение расчетных значений прочностных характеристик морского льда, поскольку они определяют расчетные нагрузки при взаимодействии МЛП с ледяными образованиями. Несмотря на большое количество экспериментальных исследований, прочностные характеристики ледяного покрова, как правило, определялись при несопоставимых условиях, данные по ним плохо поддаются обобщению. И это только одна из причин затруднения при принятии обоснованных расчетных значений прочностных характеристик морского льда.
Неопределенность, которая вызывается недостаточной обработанностью методов отбора образцов для определения прочности льда приводит к тому, что расчетные значения ледовых нагрузок завышаются. Одним из факторов, определяющих значение расчетной прочности ледяных полей, является пространственная неоднородность распределения свойств льда. Неоднородность свойств по толщине льда учитывается в СНиП 2.06.04 – 82* (рекомендуется производить отбор образцов по слоям). При этом пространственная (в плане) неоднородность не учитывается вовсе. Как показывают исследования, учет пространственной неоднородности может позволить обоснованно снизить расчетное значение прочности дрейфующих ледяных полей, и, следовательно, уменьшить капитальные вложения при строительстве МЛП в условиях замерзающих морей.
Таким образом, разработка научно обоснованной методики определения прочностных свойств ледяного покрова является актуальной научной задачей.
Степень разработанности темы исследования
В настоящее время используются различные методы экспресс анализа определения прочности материалов. Наиболее актуальными считаются:
–Dropballtest (DBT);
– Молоток Кашкарова;
– Ультразвуковой импульсный метод;
– Радиационный метод;
– Метод отрыва;
– Метод отрыва со скалыванием.
Интерес к изучению методов экспресс анализа определения прочности материалов нашел свое отражение в многочисленных исследованиях российских и зарубежных авторов.
Также при работе над диссертацией проводилась дискуссия с такими специалистами, как Уварова Татьяна Эриковна (профессор, к.т.н.), Фарафонов Александр Эдуардович (к.т.н., доцент кафедры), Беккер А.Т. (д.т.н., профессор)
Цель и основные задачи исследования
Цель: исследования является теоретическое и экспериментальное исследование неоднородности ледяного покрова, выявление основных групп факторов, которые влияют на прочность материалов.
Задачи:
– анализ состояния изученности проблемы;
– описание методики испытания льда;
– экспериментальное исследование неоднородности ледяного покрова;
– анализ результатов и разработка рекомендации по учету пространственной неоднородности прочностных свойств ледяного покрова.
Объектом исследования является ровный ледяной покров.
Предметом исследования являются – нагрузки, и воздействия от ровных ледяных полей на МЛП.
Теоретическая и практическая значимость исследования
В методологическом отношении для понимания сути методов экспресс анализа определения прочности материалов использовались исследования Инженерной школы ДВФУ, а также зарубежных источников. Предположение о том, что учет пространственной неоднородности может позволить обоснованно снизить расчетное значение прочности дрейфующих ледяных полей, и, следовательно, уменьшить капитальные вложения при строительстве МЛП в условиях замерзающих морей.

Научная новизна работы
Целый ряд приводимых в диссертации неизвестных и малоизвестных фактов позволяет характеризовать теоретическое и экспериментальное обоснование проектирования инженерных объектов в ледовых условиях.
Методология и методы исследования
Материалы диссертации, а также результаты исследований могут быть использованы для совершенствования действующих нормативных документов в части определения ледовых нагрузок от ледяных полей, а также при проведении полевых испытаний.