The Flexural Motions of a Floating Ice Sheet Induced by Moving Vehicles

Abstract

An extensive series of tests has been conducted on a Roating ice sheet on a deep, fresh-water lake. A variety of vehicles were driven a long an instrumented test track at a wide range of speeds, producing several characteristic patterns of ice and water response that have been recorded and analysed in detail. Tests were repeated at different stages of ice growth to accommodate changes in physical conditions. The use of a vibration transducer and a new type of deflectometer has permilled the study of many primary and secondary effects. As vehicle speed is increased, the ice and water pass through four characteristic modes of response, culminating in a wave effect at the higher speeds. It has been shown that the ice and water waves travel consistently at the speed of the vehicle. This factor has been used to modify a simple ice-wave theory, which then predicts a linear variation of wave frequency with vehicle speed that can be expressed in a universal form for deep -water conditions. The experimental measurements of frequency confirm this universal variation. The observed secondary effects include air-coupled Rexural oscillations, hydrodynamic Auctuations and systematic variations in ice fracture intensity with vehicle speed. This last effect leads to the proposition of a new criterion of vehicle safety. Les mouvements dejlexion d'une plaque de glace flottante provoqués par le trafic de véhicllles. Une abondante stérie de tests a été exécutée sur une plaque de glace flottante sur un lac profond en eau douce. Des véhicules varies ont ete pi lotes le long d ‘un camion labora toire à des vitesses tres largement variees; ils ont provoques plusieurs types de comportements caractéristiques de la glace et de I'eau, que I'on a enregistre et analyse en détail. Les essais ont été répétés à differents stades de la croissance de la glace pour prendre en compte le changemcnt d'etat physique. L'utilisation d'un capteur de vibration et d'un nouveau type de déflectomètre a permis I'étude de beaucoup d ‘effets primaires et secondaires. Lorsque la vitesse du véhicule augmente, la glace et I'eau passent par quatre types caractéristiques de réponses, la plus appa rente etant un effet de vague aux plus grandes vitesses. On a montré que les, vagues d a ns la glace et l ‘eau se propagent à la vites,e du véhicule. Ce facteur a été utilise pour modifier une theorie simple de I'ondulation de glace, qui prévoit alors une variation linéaire de la fréquence de I'ondulation qui peut s'exprimer sous une forme uni verselle pour les conditions en eau profonde. Les mesures expérimentales de fréquence conferment cette va ria tion universelle. Les effets secondaires observés comprennent les oscillations de Aexion liés à I'air, les Auctu a tions hydrodynamiqucs et les variations systématiques dans I'intensité de fissurations de la g lace avec la vitesse du véhicule. Ce dernier effet conduit à proposer un nouveau critère pour la sécurité des véhicules. Durchbiegung einer schwimmenden Eistafel durch bewegte Fahrzeuge. Ausgedehnte Versu chsrei hen wurden auf einer schwimmenden Eista fel in einem tiefen Süsswassersee a nges tellt. Verschicdene Fahrzeuge wurden über eine instrumentierte Teststrecke mit Geschwind igkeiten, deren Bereich we it gespannt war, bewegt; dabei zeigten sich einige charakteristische Reaktionsabläufe in Eis und Wasser, d ie im Detail aufgezeichnet und a nalys iert wurden. Die Ven uche wurden in verschi eclenen Stadien cles E iswach stums wiederholt, um änderungen in clen physikalischen Bedingungen zu erfassen. Die Verwendung eines Vibrationsdetektors und eines neuartigen Ncigungsmessers ermöglichte das Stuclium vieler Prima runci Sekundäreffckte. Mit zunehmender Geschwin cligkeit clurchl a ufen Eis und Wasser vier charakterist ische Reaktionstypen, clie bei d en hoheren Geschwindigkeiten in einem I'elleneffekt gipfeln. Es zeigte sich, dass die Eis- und Wasscrwellen sich clurchwegs mit der Geschwindigkeit des Fahrzeuges fortpflanzen. Diese Tatsache wurcle herangezogen, um eine einfache Eiswellentheorie so abzuändern, dass sie eine lineare änderung der Wellenfrequenz mit der Fahrzeuggeschwincligkeit liefert, clie sich bei grosser Wassertiefe in einer a llgemein gültigen Form darstellen lässt. Die experimentelle Messung der Frcquenz bes tatigt cliese allgemeine änderung. Die beobachteten Sekuncla reffekte umfassen Biegeschwingungen mit Luftresonanz, hyclrodynamische Schwankungen und von der Fahrzeuggeschwindigkeit systematisch abhängige änderungen der Bruchintensität cles Eises. Der letztgenannte Effekt gibt Anlass zum Vorschlag eines neuen Kriteriums für die Sicherheit von Fahrzeugcn.