随着对各类水域的开发利用和保护,相关的人的活动和水上工程的建设都越来越和冰息息相关。冰的形成和破坏对人身安全和工程的安全都产生了很大的影响,因此对冰的破坏开展研究具有重要的应用价值。另外,由于冰对地理环境条件非常敏感,地理环境因素不同,冰的物理和力学性质有很大差异,对冰断裂的研究尚未形成普适的理论和结论。本文将对淡水冰的断裂韧度和破坏形式进行较为系统的研究。第一部分:详细阐述了人造淡水冰制备过程。对实验过程中所需要的仪器设备和实验的具体步骤方法做出说明。介绍了实验所需的三点弯试样和单轴压缩试样的具体加工过程。利用质量-体积法测量不同温度冰的密度,结果在0.867g/cm3～0.908g/cm3,表明不同温度冰的密度差异不大。第二部分:断裂韧度测试实验。采用标准尺寸三点弯曲试件测定人造淡水冰的断裂韧度。制冰温度为-25℃、-30℃、-35℃和-40℃,加载速率为 0.3mm/min、2.1mm/min 和19mm/min,试样的a/W值分别为0.45和0.55,共测试145个试样。结果显示:（1）加载速率较大时冰的断裂韧度测量值离散性不大,而加载速率较小时断裂韧度测量值比较分散,但总的趋势都是随着加载速率的增大而减小。（2）制冰温度变化对冰的断裂韧度影响显著,各种加载速率下随着制冰温度的降低,冰断裂韧度都会增大,而W对实验结果的影响不明显。第三部分:单轴压缩实验。实验采用长方体试件;制冰温度为-30℃、-35℃和-40℃;实验的应变速率范围为9.26x10-6S-1～1.11×10-2S-1;实验开展225组。根据实验数据,分别得到人造淡水冰的应力-应变曲线和对应的不同破坏形态。结果显示冰试样主要表现为鼓胀、剪切和劈裂三种主要破坏形式。另外,分析了应变速率和温度对单轴压缩强度的影响。结果表明:在低应变速率时,冰抗压强度随应变速率的增大而增大,冰试样主要呈现为韧性破坏模式;中应变速率时,会产生抗压强度峰值,冰试样呈现为韧-脆转化破坏;高应变速率时,冰试样呈现为脆性破坏模式。实验发现冰单轴抗压强度会随着弹性模量增大而增大,二者基本成比例关系且不受制冰温度的影响。第四部分:应用弹塑性本构对三点弯试样模型进行有限元模拟。采用Ludwik硬化模型,计算不同a/W值和不同制冰温度下三点弯试样的三维J积分及Weibull应力;根据实验所测得的冰断裂韧度数据,采用Minami标定法完成Beremin局部法模型的标定,并用标定后的Beremin局部法模型预测了淡水冰的断裂韧度累计失效概率分布情况。结果显示实验与预测曲线总体较为吻合。