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The Creep Activation Energies of Ice

Published online by Cambridge University Press:  30 January 2017

D. R. Homer
Affiliation:
Department of Physics, University of Birmingham, Birmingham B15 2TT, England
J. W. Glen
Affiliation:
Department of Physics, University of Birmingham, Birmingham B15 2TT, England
Rights & Permissions [Opens in a new window]

Abstract

Monocrystals and bicrystals of ice have been creep tested at temperatures between 4 and — 30°C. The bicrystals had a single grain boundary running parallel to the tensile axis; this configuration inhibited grain-boundary slip between the two grains. The creep tests, which were carried out at constant stress σ and temperature T, yielded data of strain ϵ for time elapsed since the start of the test. These data showed accelerating creep for both monocrystals and bicrystals at all strain levels. Strain-rates were derived at strains of 0.01, 0.05. and 0.10, and these rates were fitted to the expression

k is Boltzmann’s constant and E is the creep activation energy. Derived values of n were 1.9 for monocrystals and 2.9 for bicrystals. The creep activation energy was found to be 78 kJ/mol for monocrystals and 75 kJ/mol for bicrystals. The processes of creep deformation in mono-, bi- and polycrystals are discussed.

Résumé

Résumé

Nous avons effectué des essais de fluage sur des monocristaux et des bicristaux de glace à des températures comprises entre —4 et — 30°C. Les bicristaux ont un seul joint de grains parallèle à la direction d’élongation et cette configuration s’oppose à un glissement au joint entre les deux grains. Les essais de fluage effectués à contrainte et température constante fournissent les valeurs de la déformation en fonction du temps. Ces données mettent en évidence le fluage accéléré dans les deux cas, pour toutes les valeurs de la déformation. Les vitesses de déformation ont été calculées aux deformations 0,01, 0.05 et 0,10, et ces vitesses correspondent à l’équation

k est la constante de Boltzmann el E est l’énergie d’activation du fluage. Les valeurs de n qui eu résultent sont 1.9 dans le cas des monocristaux et 2,9 dans le cas des bicristaux. L’énergie d’activation a été trouvée égale à 78 kJ/mol pour les monocristaux et 75kJ/mol pour les bicristaux. Les processus de déformation plastique sont discutés dans les deux cas.

Zusammenfassung

Zusammenfassung

Ein- und Zweikristalle von Eis wurden im Kriechversuch bei Temperaturen zwischen —4 und 30°C untersucht. Die Zweikristalle hatten eine einzelne Korngrenze parallel zur Zugachse; diese Anordnung verhinderte Korngrenzengleitung zwischen den zwei Körnern. Die Kriechversuche, die unter konstanter Spannung σ und Temperatur T ausgeführt wurden, lieferten Werte für die Dehnung ϵ in Abhängigkeit der Zeit seit Beginn des Versuchs. Diese Werte zeigten bei allen Dehnungen beschleunigtes Kriechen sowohl für Ein- als auch Zweikristalle. Die Dehnungsgeschwindigkeit wurde jeweils bei einer Dehnung von 0,01, 0,05 und 0,10 bestimmt. An diese Geschwindigkeiten wurde die Gleichung

angepasst, k ist die Boltzmann-Konstante und E die Aktivierungsenergie des Kriechens. Die abgeleiteten Werte für n waren 1,9 für Einkristalle und 2,9 für Zweikristalle. Für die Aktivierungsenergie des Kriechens wurde 78 kJ/mol bei Einkristallen und 75 kJ/mol bei Zweikristallen gefunden. Der Prozess der Kriechverformung in Ein-, Zwei- und Vielkristallen wird besprochen.

Information

Type
Research Article
Copyright
Copyright © International Glaciological Society 1978
Figure 0

Fig. 1.a. The creep curve obtained when a polycrystal is deformed at moderate stresses.

Figure 1

Fig. 2.A diagram showing the relationship between the grain boundary and the tensile axis in the bicrystal.

Figure 2

Fig. 3.The creep-test machine.

Figure 3

Fig. 4.Three plots of versus a for monocrystals. The strain-rates were derived at a strain of 0.05.

Figure 4

Table II.Values of the Stress Exponent n for Monocrystals Determined from the log–log Graphs of Strain-Rate plotted Against Stress

Figure 5

Fig. 5.Typical bicrystal creep curves.

Figure 6

Table III.Values of the Stress Exponent n for Bicrystals Determined from the Graphs of Strain-Rate Against Stress and Against Stress

Figure 7

Table IV.Walker’s Activation Energies for Polycrystalline Creep with a Correction for the Elastic Modulus Effect (After Barnes and Others, 1971)

Figure 8

Fig. 6.Two possible grain-boundary arrangements which were examined.