ПРИДНЕСТРОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ИМЕНИ Т.Г. ШЕВЧЕНКО

ОТЧЕТ

ПО ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ ПО ДИСЦИПЛИНЕ

«Безопасность жизнедеятельности»

Тема лабораторной работы:

«РАСЧЕТ НАГРУЗОК, СОЗДАВАЕМЫХ УДАРНОЙ ВОЛНОЙ»

Студент ___________________ Шифр__________Группа____________

Вариант _______________ Ф.И.О. преподавателя_______________

Подпись студента ___________ Подпись преподавателя _____________

Дата______________________ Дата ______________________________

г. Тирасполь

РАСЧЕТ НАГРУЗОК, СОЗДАВАЕМЫХ УДАРНОЙ ВОЛНОЙ

1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ.

Нагрузки, создаваемые ударной волной в результате взрыва ем­костей со сжатым газом, взрыва газовоздушной смеси, воздушного и наземного ядерных взрывов, приводят к разрушениям зданий, сооружений, оборудования, установок и т.д.

В результате разрушения объектов возникают чрезвычайные ситуации с соответствующими степенями разрушения, опрокиды­вания и смещения оборудования и установок.

Для принятия решений по проведению восстановительных ра­бот на объектах, подвергшихся разрушению, необходимо провести оценку степени разрушения.

Ударная волна — основной поражающий фактор ядерного взрыва. Большинство разрушений и повреждений зданий, сооружений и обору­дования объектов, а также поражений людей обусловлено, как правило, воздействием ударной волны. В то же время защитить объекты от ударной волны гораздо труднее, чем от других поражающих факторов.

В зависимости от того, в какой среде распространяется волна — в воздухе, воде или грунте, ее называют соответственно воздушной удар­ной волной, ударной волной в воде и сейсмовзрывной волной в грунте.

Воздушная ударная волна представляет собой зону сильно сжатого воздуха, распространяющуюся во все стороны от центра взрыва со сверх­звуковой скоростью. Передняя граница волны называется фронтом.

Ударная волна имеет фазу сжатия и фазу разрежения. В фазе сжатия ударной волны давление выше атмосферного, а в фазе разрежения — ниже. Наибольшее давление воздуха наблюдается на внешней границе фазы сжатия — во фронте волны.

На рис. 1 показано изменение давления воздуха в какой-либо точке пространства при прохождении через нее ударной волны. Как видно из рисунка, в момент прихода ударной волны давление повышается от нор­мального (атмосферного) Р₀ до максимального во фронте ударной волны Рф. В дальнейшем по мере продвижения ударной волны давление падает ниже атмосферного.

Рис. 1. Изменение давления в фиксиро­ванной точке на местности в зависимости от времени и действия ударной волны на местные предметы:

1 — фронт ударной волны; 2 - кривая изменения давления

Основными, параметрами ударной волны, определяю­щими ее поражающее действие, являются: избыточное давление ∆Р_ф, скоростной напор Р_СК и время действия ударной волны t_у.в.

Избыточное давление во фронте ударной волны ∆Р_ф — это раз­ность между максимальным давлением во фронте ударной волны и нормальным атмосферным давлением Р₀ перед этим фронтом (см. рис. 1). Единица избыточного давления — паскаль (Па) или кило­грамм-сила на квадратный сантиметр (кгс/см²):

1 Па=1 Н/м² = 0,102 кгс/м² = 1,02·10^-5 кгс/см.

1 кгс/см² = 98,1 кПа или 1 кгс /см² ≈ 100 кПа.

Значение избыточного давления в основном зависит от мощно­сти и вида взрыва и расстояния. Влияние других условий (рельефа местности, метеоусловий и др.) может быть учтено путем введения соответствующих поправок в значения величин, определяемых для различных условий взрыва.

Степень разрушения конструкций определяется не только воз­действием давления фронта волны, но и торможением движения масс воздуха, следующих за фронтом волны. Динамическая нагруз­ка, создаваемая потоком воздуха, называется давлением скорост­ного напора Р_СК. Единица давления скоростного напора, как и избы­точного давления, паскаль (Па) или килограмм-сила на квадрат­ный сантиметр (кгс/см²).

Скоростной напор воздуха находится в прямой зависимости от скорости и плотности воздуха за фронтом ударной волны.

Разрушающее (метательное) действие скоростного напора заметно сказывается в местах с избыточным давлением более 50 кПа, где скорость перемещения воздуха более 100 м/с.

Время действия ударной волны t_у.в. — это время действия избыточ­ного давления. Величина t_у.в. зависит, главным образом, от мощности взрыва q и измеряется в секундах.

2. Порядок выполнения задания

2.1. Выбрать вариант.

2.2. Ознакомиться с методикой расчёта.

2.3. Выполнить расчёт в соответствии с выбранным вариантом.

2.4. Подписать отчёт и сдать преподавателю.

3. Методика расчета.

3.1. Взрыв емкости со сжатым газом:

Тротиловый эквивалент, кг

q = A/3.8

где: А - работа взрыва (работа газа при адиабатическом расширении), МДж.

где: p₁- начальное давление в сосуде, МПа; V- начальный объем газа, м³; р₂ – конечное давление, МПа; p₂ = 0,1p₁; m-показатель адиабаты, m = 1,4.

Безопасное расстояние, м, от места взрыва для человека

Безопасное расстояние, м, места взрыва для жилой застройки

3.2. Взрыв газовоздушной смеси.

Избыточное давление при взрыве газовоздушной смеси, кПа,

где: m – масса горючего газа, кг; H_Т – теплота сгорания, кДж; H_Т = 40 • 10³кДж; p₀ – начальное давление; кПа, p₀ = 101 кПа; z – доля участия взвешенного дисперсного продукта при взрыве; z = 0,5; V_П – объём помещения, м³, с – теплоёмкость воздуха, кДж/кг; с = 1,01 кДж/кг; p – плотность воздуха, кг/м³; p = 1,29 кг/м³; Т₀ – температура в помещении, К; Т₀ = 300 К; R_Н – коэффициент негерметичности помещения; R_Н = 3.

3.3. Ядерный взрыв и взрыв емкости.

Избыточное давление, кПа, во фронте ударной волны наземного и воздушного ядерного взрыва, а также при взрыве емкости со сжатым газом

Δ

где: ∆Р_Ф — избыточное давление во фронте ударной волны, кПа; q_.— тротиловый эквивалент ядерного взрыва по ударной волне, кг; R — расстояние от центра взрыва, м.

3.4. Степень разрушения объекта воздействия (здания, сооружения и т.Д.)

Степень разрушения объекта воздействия оценивают по критерию физической устойчивости (сильное, среднее, слабое), а объекты воздействия (оборудование, установки и т.д.) - по критерию опрокидывания и смещения.

3.4.1. Если под воздействием ударной волны с избыточным давлением элементы производственного комплекса разрушаются полностью, разрушение оценивается как сильное; если элементы производственного комплекса в этих условиях могут быть восстановлены в короткие сроки, разрушение оценивается как среднее или слабое.

Степень разрушения производственных комплексов в зависимости от избыточного давле­ния может быть оценена следующим образом:

Для промышленного здания с металлическим или железобетонным каркасом:

при избыточном давлении 50...60 кПа - сильное, 40...50 кПа - среднее, 20... 40 кПа – слабое;

Для кирпичного многоэтажного здания с остеклением: при избыточном давлении 20... 30 кПа - сильное, 10... 20 кПа - среднее, 8... 10 кПа - слабое;

Для кирпичного одно- и двухэтажного здания с остеклением: при избыточном давлении 25...35 кПа - сильное, 15...25 кПа - среднее, 8...15 кПа - слабое;

Для приборных стоек: при избыточном давлении 50... 70 кПа - сильное, 30... 50 кПа - среднее, 10... 30 кПа - слабое;

Для антенных устройств: при избыточном давлении 40 кПа – сильное, 20...40 кПа - среднее, 10...20 кПа - слабое;

Для открытых складов с железобетонным перекрытием: при избыточном давлении 200 кПа - сильное.

3.4.2. Степень опрокидывания и смещения антенного устройства или приборной стойки.

Скоростной напор взрыва, кПа,

где р₀ - начальное атмосферное давление, кПа; р₀ = 101 кПа

Допустимый скоростной напор взрыва, кПа, при опрокидывании антенного устройства или при­борной стойки

где: а и b - высота и ширина объекта, м; G масса объекта, кг; Сх - коэффициент аэроди­намического сопротивления; S- площадь поперечного сечения приборной стойки.

Если скоростной напор взрыва больше допустимого при опрокидывании, то антенное устройство или приборная стойка опрокинется.

Допустимый скоростной напор взрыва при смещении антенного устройства или прибор­ной стойки

где: f- коэффициент трения.

Если скоростной напор взрыва больше допустимого при смещении, то антенное устройство или приборная стойка сместится.