О проекте
В Приамурском государственном университете имени Шолом-Алейхема открылась единственная среди вузов России молодёжная научная лаборатория ледотехники. Её сотрудники будут заниматься экспериментальными исследованиями поведения льда в условиях изгибно-гравитационного резонанса.
Работа лаборатории направлена на создание новых высокопрочных материалов методом армирования льда, что позволит решить задачи повышения эффективности освоения регионов с холодным климатом, в том числе Арктики. На базе новой лаборатории активно ведутся исследования по разработке и созданию устройств на основе энергосберегающих технологий для очистки дорог, карнизов крыш зданий и линий электропередач от снежного наката и обледенения под заказ региональных и городских организаций жилищно-коммунального хозяйства, МЧС, электросетевых компаний. Планируется разработка новых способов для борьбы со снежным накатом на дорогах и обледенением на линиях электропередач.
Оборудование
- Опытовый ледовый бассейн размерами L×B×H=14×3×1 м и длиной модельного поля льда 13 м. Чаша бассейна оснащена системой терморегуляции. Внутри чаши установлено управляемой подвесной дно, состоящее из четырех секций. Вертикальное перемещение секций осуществляется с помощью модулей линейного перемещения СТМ-2 компании ЗАО «ЗМИ» (Россия).
- Бассейн оснащен необитаемой буксировочной тележкой. Тележка представляет собой ферменную конструкцию, из алюминиевого профиля установленную на специальных каретках, перемещающихся по рельсовым направляющим (производства немецкой фирмы HIWIN). В качестве движителя тележки используется серводвигатель Servoline 130SPSM14 (мощностью 3 кВт, 2000 об/мин) и сервоускоритель Servoline SPS-302A43-A000.
- Ледовый бассейн оснащен системой сбора и растапливания разрушенного модельного поля льда. Для визуализации процесса распространения изгибно-гравитационных волн в боковой стенке чаши бассейна установлено водонепроницаемое окно из плексигласа толщиной 12 мм.
- Для деформаций модельного льда используются измерительные модули Q.bloxx A107 для подключения бесконтактных лазерных датчиков LAS-Z Q.Gate A107 компании Way Con (Германия). Скорость перемещения моделей определяется с помощью двух оптоэлектрических датчиков П-образной формы.
- Для выполнения численных экспериментов используется суперкомпьютер Fujitsu CELSIUS R970 power.
- Для изготовления моделей нагрузки используется метод послойного создания физического объекта по цифровой 3D-модели с помощью 3D принтера Raise3D.
Цель
Исследование ледоразрушающей способности прогрессивных изгибно-гравитационных волн генерируемых в ледяном покрове движущимися нагрузками; исследование процессов механики разрушения льда.
Направления НИР
- повышение ледокольных качеств подводных судов, разрушающих ледяной покров резонансным методом при их всплытии в различных ледовых условиях;
- резонансный метод разрушения ледяного покрова, реализуемый амфибийными судами на воздушной подушке;
- разрушение ледяного покрова при ликвидации заторов и зажоров на реках в периоды ледостава и ледохода;
- удаления гололеда с контактных сетей и линий электропередач;
- разработка новых технологий и устройств для очистки твердых дорожных покрытий от гололеда и снежного наката;
- разработка технологий повышения несущей способности ледяного покрова, при использовании его в качестве ледяных переправ и грузонесущих платформ.
Фундаментальные исследования
Движение погруженного тела в ледовых условиях при малом заглублении
На базе опытового ледового бассейна разработан уникальные метод проведения эксперимента для оценки безопасности эксплуатации автономных подводных аппаратов на малом заглублении при движении вблизи ледяного покрова в различных ледовых условиях с высокой скоростью до Fr=1 .
1. Zemlyak V., Pogorelova A., Kozin V. Motion of a submerged body under a free surface and an ice cover in finite water depth conditions // Ocean Engineering. 2023. 288. 116161
2. Zemlyak V., Pogorelova A., Kozin V. Motion of a submerged body in a near-surface water environment // International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering. 2022. Т. 14. С. 100433
Поведение ледяного покрова в условиях изгибно-гравитационного резонанса
Разработана методика моделирования распространения в системе лед-вода резонансных изгибно-гравитационных волн. Выполнена оценка безопасности движения одиночной и парной нагрузки (движение автоколонн, суда на воздушной подушке), в том числе при не стационарном движении (посадка самолета на лед). Резонансный метод разрушения льда показал высокую эффективность в борьбе с заторами и зажорами на реках и при очистке акватории замерзающих рек от льда.
Козин В.М., Земляк В.Л., Рогожникова Е.Г. Увеличение эффективности резонансного метода разрушения ледяного покрова при одновременном движении двух судов на воздушной подушке // Прикладная механика и техническая физика. 2017. Т. 58. № 2 (342). С. 188-192.
Уникальная установка — опытовый ледовый бассейн для изучения поведения льда в условиях изгибно-гравитационного резонанса.
Прикладные исследования
Разработка новых композитных материалов повышенной прочности на основе льда
Предложены и испытаны новые композитные материалы повышенной прочности и способы армирования тонкого ледяного покрова, позволяющие повысить его несущую способность до 380% (традиционные методы до 80%).
Земляк В.Л., Васильев А.С., Козин В.М., Жуков Д.С. Экспериментальное исследование прогибов и разрушающих нагрузок при усилении льда продольными стержневыми элементами из полипропилена и стеклопластика // Криосфера Земли. 2023. Т. 27. № 2. С. 25-31.
Земляк В.Л., Васильев А.С., Козин В.М. Исследование поведения ледяных балок, усиленных стержневыми элементами // Основания, фундаменты и механика грунтов. 2022. № 2. С. 8-14.
Устройство для очистки дорожных покрытий от снежного наката
Разработано устройство для очистки твердого дорожного покрытия от снежного наката. Предварительные испытания первого прототипа показали его высокую эффективность. После внедрения в накат удалось разрушить снежный покров толщиной более 15 см. Устройство запатентовано, его конструкция не повреждает асфальт, сохраняет бордюр, люки и прочие выступающие элементы на дороге. Ведется работа по созданию полигона для испытания более сложных вариантов устройства и получения его эксплуатационных характеристик.
Испытательный стенд для разрушения композитных образцов чистым изгибом
