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The Mechanical Properties of Single Crystals of Pure Ice

Published online by Cambridge University Press:  30 January 2017

S. J. Jones
Affiliation:
Department of Physics, University of Birmingham, Birmingham, England
J. W. Glen
Affiliation:
Department of Physics, University of Birmingham, Birmingham, England
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Abstract

Results obtained from tensile and compressive tests on pure ice single crystals at various temperatures down to −90°C are reported. At −50°C tensile creep tests give a continually increasing creep rate until fracture, as observed at higher temperatures. The stress dependence of the strain-rate is discussed. Fracture stress increases with decreasing temperature. Results from constant strain-rate compressive tests are compared with theoretical curves computed from Johnston’s (1962) theory of dislocation multiplication. A dislocation velocity of the order of 0.5×10−8 m s−1 is deduced for ice at −50°C.

Résumé

Résumé

Les résultats obtenus d’essais d’élongation et de compression sur des monocristaux de glace pure à températures jusqu’à −90°C sont présentés. A −50°C les essais de fluage par élongation donnent une vitesse de fluage croissante continue jusqu’à fracture comme on l’a observé à de plus hautes températures. La dépendance de contrainte avec la vitesse de fluage est discutée. La contrainte de fracture augmente avec la diminution de température. Les résultats d’essais de vitesse de déformation sous compression constante sont comparés aux courbes théoriques déduites de la théorie de multiplication des dislocations de Johnston (1962). Une vitesse de dislocation de l’ordre de 0,5×10−8 m s−1 est déduite pour la glace à −50°C.

Zusammenfassung

Zusammenfassung

Ergebnisse von Dehnungs-und Druckversuchen an Einkristallen reinen Eises bei verschiedenen Temperaturen bis zu −90°C werden mitgeteilt. Bei −50°C ergaben Dehnungskriechversuche eine ständig wachsende Kriechgeschwindigkeit bis zum Bruch, wie es auch bei höheren Temperaturen beobachtet worden war. Die Abhängigkeit der Spannung von der Dehnungsgeschwindigkeit wird diskutiert. Die Bruchspannung wächst mit sinkender Temperatur. Ergebnisse von Druckversuchen bei konstanter Dehnungsgeschwindigkeit werden mit theoretischen Kurven verglichen, die nach Johnstons (1962) Theorie der Versetzungsvervielfachung berechnet wurden. Für Eis bei −50°C wird eine Versetzungsgeschwindigkeit in der Grössenordnung von 0,5×10−8 m s−1 abgeleitet.

Information

Type
Research Article
Copyright
Copyright © International Glaciological Society 1969
Figure 0

Fig. 1. Creep curves of ice single crystals deformed under various stresses at 50°C.

Figure 1

Fig. 2. Creep curves of Figure 1 plotted logarithmically.

Figure 2

Fig. 3. The stress dependence of the strain-rate of the crystals deformed at −50°C.

Figure 3

Fig. 4. Creep curves of ice single crystals deformed under various stresses at −70°C.

Figure 4

Fig. 5. Creep curves of Figure 4 plotted logarithmically.

Figure 5

Fig. 6. The stress dependence of the strain-rate of the crystals deformed at −70°C.

Figure 6

Table I. Parameters Determined For flow law

Figure 7

Table II. Fracture Data at −50° and −60°C

Figure 8

Table III. Fracture Data at −70, −80° AND −90°C

Figure 9

Table IV. Summary of fracture data

Figure 10

Fig. 7. Stress–strain curves of pure ice single crystals obtained at strain-rate 2.7×10−7s−1, and at various temperatures.

Figure 11

Fig. 8. Stress-strain curve of a crystal defornud at −70°C, showing an increase in stress at a strain of about 13%.

Figure 12

Fig. 9. The effect of varying γ0, the initial number of dislocations, on the computed stress–strain curves.

Figure 13

Fig. 10. The effect of varying p, of Equation (8), on the computed stress-strain curves. The upper yield stress is kept constant by adjusting D.

Figure 14

Fig. 11. A computed stress–strain curve (solid line) compared with the experimental points of two crystals deformed at −50°C.