Ответ на пост «Подснежники»⁠⁠2

Прочитал комменты к посту и охренел.
Даже те, кто (скорее всего на основе опыта) делает правильные выводы, оперируют возгасами "ФИЗИКА!!!" с абсолютно неправильными, диаметрально противоположными и физике и здравому смыслу объяснениями.)))
Превалирующая концепция такова:

Что и сподвигло меня в образовательных целях немного подушнить.

Итак...

Распределение напряжений в снегу сильно зависит от его плотности, связности и способности перераспределять нагрузку. Для инженерной механики снег обычно рассматривают как сыпуче-пористую среду с различной степенью связности.

Рыхлый снег

Рыхлый свежий снег имеет низкую плотность (50–150 кг/м.куб.), слабые связи между кристаллами, малую несущую способность, поведение, близкое к сыпучему материалу.
Нагрузка передается в основном по отдельным "цепочкам контактов" между зернами. Напряжения концентрируются непосредственно под нагрузкой и быстро затухают в глубину.

Типичная эпюра вертикальных напряжений:

Поверхность
────────────────────
........... ↓ P
......... ││
. .....│██│
. ...│████│
.. │██████│
.│████████│
────────────────────
Глубина

Здесь максимум напряжений - прямо под точкой приложения силы, зона распространения узкая, боковое перераспределение слабое.
Для рыхлого снега угол рассеивания нагрузки обычно мал — порядка 15–25°.
Особенности локальные продавливания - высокая вероятность образования колеи, нагрузка быстро разрушает структуру, опорное давление почти не перераспределяется.

Плотный снег

Плотный слежавшийся снег имеет плотность 300–500 кг/м.куб. и выше, в нем имеются ледяные перемычки, и он работает частично как упруго-пластическое тело.
Здесь нагрузка перераспределяется значительно шире.

Эпюра:

Поверхность
────────────────────
. .................↓ P
......... ┌──────┐
. ......┌────────┐
. ....┌──────────┐
. .┌────────────┐
┌──────────────┐
────────────────────
Глубина

Максимальные напряжения ниже - пиковые, распределены по большей площади, глубже проникают. Угол распространения нагрузки может достигать 35–45°.

Если проводить аналогию с грунтами, то поведение очень похоже на:
рыхлый сухой песок - рыхлый снег;
уплотненный песок/суглинок - плотный снег.

Если рассматривать снег как опору под лыжи или гусеницу, то:
- рыхлый снег - давление концентрируется под центром, края мало работают.
- плотный снег - нагрузка распределяется почти по всей площади контакта.

Поэтому широкие снегоступы эффективны именно на рыхлом снегу, на плотном насте можно ходить не проваливаясь.

И вроде бы все это прекрасно знают, тем не менее многие продолжают нести бред про то как свежий рассыпчатый снег "создает арочное сцепление" перераспределяя нагрузку.
Всё как раз наоборот.

Почему именно рыхлый снег не давит машины, а уплотнившийся давит.

Рыхлый снег работает как слабая сыпучая среда. Свежий снег действительно содержит 80–95% воздуха и имеет низкую плотность, но легче переносится автомобилем он не поэтому, а потому что почти не передает горизонтальные напряжения. Если на машину падает снег, происходит локальное уплотнение, оседание вниз и перераспределение массы снега вокруг кузова. Т.е. снег не арки образует, а "обтекает" машину.

Изобары выглядят примерно так:

.....снег
.....↓↓↓↓↓
.↙.......... ↘
.↙............ ↘
[ МАШИНА ]

Большая часть нагрузки уходит вниз, в стороны, через осадку самого снега.

Поэтому крыши машин редко продавливает именно сухой снег. И боковые панели почти не страдают.

Что же происходит весной.
А весной происходят сразу несколько процессов.
1. Плотность снега резко растет за счет поглощения влаги воздуха и уплотнения (Свежий снег: 50–100 кг/м.куб. Весенний мокрый снег: 400–700 кг/м.куб.) Иногда становясь почти как плотный ледяной фирн.
2. Масса возрастает в несколько раз в т.ч. за счет поглощения влаги воздуха и перераспределения от подтаивания..
А главное (!!!)
3. Появляются ледяные связи. Таяние и повторное замерзание создают ледяные перемычки, смерзшиеся блоки, монолитные пласты. Снег начинает работать как слабый бетон, мерзлый грунт, ледяной массив. И напоминает это тоже не арку, а скорее плиты. Теперь он уже способен передавать горизонтальные напряжения, сдвиг, распирающее давление.
4. Исчезает способность к свободной осадке. И если зимой снег легко проседает, то весной нижние слои смерзаются, образуются своды, масса зависает крупными блоками.
А когда начинается осадка, огромная масса начинает двигаться, возникают боковые силы.

А автомобиль рассчитан в основном на вертикальные нагрузки через подвеску, аэродинамику, локальные удары. Кузов очень плохо переносит равномерное боковое давление, медленное сжатие большой площадью.
Особенно уязвимы стойки крыши, крыша, стекла, двери.

И появляется эффект "ледяного пресса", когда снег намок, уплотнился, смерзся, и начинает вести себя почти как вязкопластическая масса, а вокруг машины возникают боковые давления:

██████████████████
██ ⇢ .....МАШИНА..... ⇠ ██
██ ⇢ ............................⇠ ██
██████████████████

Это уже аналог давления грунта, давления льда, давления оползающего фирна.

Вот почему давятся "подснежники"

Ваш Кэп.