Ученые заглянули внутрь льда в момент удара
08.10.2025
Коллектив ученых из МФТИ и Института проблем механики имени А. Ю. Ишлинского РАН разработал новую составную упругопластическую модель, которая с высокой точностью описывает сложное поведение льда при низкоскоростных ударах. Эта модель впервые позволяет детально проследить, как ударное воздействие порождает сложную картину внутренних напряжений и деформационных волн, приводящую к образованию и росту трещин. Исследование крайне важно для развития безопасных технологий освоения Арктики.
Результаты работы, выполненной при поддержке гранта Российского научного фонда, опубликованы в "Сибирском журнале вычислительной математики".
Поведение льда под нагрузкой — одна из самых интригующих и сложных загадок в современной механике материалов. В зависимости от температуры, скорости деформации и множества других факторов он может вести себя как вязкая, почти текучая жидкость, или же как хрупкое тело (стекло), раскалываясь на мириады осколков. Эта двойственность представляет собой серьезный вызов для инженеров и ученых, особенно в контексте освоения арктического шельфа, где ледовые поля постоянно взаимодействуют с судами и морскими платформами.
Существующие математические модели часто описывают либо вязкие, либо хрупкие свойства льда, но реальные процессы, происходящие при низкоскоростном столкновении — например, судна с айсбергом на скорости до 7 м/с — требуют учета обоих аспектов одновременно. Именно в этой "переходной зоне" лед раскрывает всю сложность своего характера, и предсказать его реакцию становится крайне трудно. Существовала острая необходимость в создании единой модели, способной уловить эту тонкую игру пластичности и хрупкости.
Столкнувшись с этим вызовом, исследователи поставили перед собой амбициозную цель: создать численную модель, которая бы не просто имитировала конечный результат разрушения, а воспроизводила бы саму физику процесса, связывая воедино деформацию, возникновение напряжений, волновые явления и, наконец, рождение трещин. Для этого ученые разработали уникальный "составной" подход. Вместо того чтобы применять единые уравнения ко всему объему льда, они геометрически разделили его на три концентрические зоны с разным поведением, как бы заглядывая внутрь материала в момент удара.
Полную версию статьи читайте на сайте Naked Science.
Результаты работы, выполненной при поддержке гранта Российского научного фонда, опубликованы в "Сибирском журнале вычислительной математики".
Поведение льда под нагрузкой — одна из самых интригующих и сложных загадок в современной механике материалов. В зависимости от температуры, скорости деформации и множества других факторов он может вести себя как вязкая, почти текучая жидкость, или же как хрупкое тело (стекло), раскалываясь на мириады осколков. Эта двойственность представляет собой серьезный вызов для инженеров и ученых, особенно в контексте освоения арктического шельфа, где ледовые поля постоянно взаимодействуют с судами и морскими платформами.
Существующие математические модели часто описывают либо вязкие, либо хрупкие свойства льда, но реальные процессы, происходящие при низкоскоростном столкновении — например, судна с айсбергом на скорости до 7 м/с — требуют учета обоих аспектов одновременно. Именно в этой "переходной зоне" лед раскрывает всю сложность своего характера, и предсказать его реакцию становится крайне трудно. Существовала острая необходимость в создании единой модели, способной уловить эту тонкую игру пластичности и хрупкости.
Столкнувшись с этим вызовом, исследователи поставили перед собой амбициозную цель: создать численную модель, которая бы не просто имитировала конечный результат разрушения, а воспроизводила бы саму физику процесса, связывая воедино деформацию, возникновение напряжений, волновые явления и, наконец, рождение трещин. Для этого ученые разработали уникальный "составной" подход. Вместо того чтобы применять единые уравнения ко всему объему льда, они геометрически разделили его на три концентрические зоны с разным поведением, как бы заглядывая внутрь материала в момент удара.
Полную версию статьи читайте на сайте Naked Science.