1831

Таблица 1 - Результаты

ранжирования степени риска

Среднее

для групп

Технологии и вид

Ежегодная

Члены

деятельности

женского

Бизнесмены

Студенты

клуба

Специалисты

смертность

Ядерная

1

1

8

26

100

энергетика

Наземный

2

5

3

1

50000

транспорт

Курение

4

3

4

2

150000

Электроэнергия

8

19

19

9

14000

Железные дороги

24

23

20

19

1950

Вестник СибАДИ, выпуск 1 (19), 2011

11

ТРАНСПОРТ. ТРАНСПОРТНЫЕ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ М А Ш И Н Ы

ными актами (например, методика определе¬

реалиям региона. Но есть проблемы модели¬

ния ущерба при авариях на нефтепроводе).

рования работоспособности объектов в бли¬

Данный подход более популярен, нежели пер¬

жайшей перспективе. Данные моделирования

вый. Он отражает согласие общества принять

позволяют также понять, как следует строить

после

обсуждения

предложенные

«правила

эффективную систему мониторинга на данном

игры».

объекте техносферы.

К организационно-методическим вопросам

На сегодняшний день концепция обеспе¬

теории безопасности и риска относят и рас¬

чения безопасности техносферы строится на

пределение обязанностей

по её разработке

«стратегиях»,

вытекающих

из

рассмотрения

между государством, отраслями, регионами.

задачи о разорении торговца. Вводится веро¬

На

государственный уровень, прежде все¬

ятность Р(^ s) неограниченного роста задол¬

го, выносят разработку «макроэкономики рис¬

женности торговца

ка». Постулируется, что чем

меньше

валовой

p(t, s) = J f(t + т), (s 7t, s) • p(t + т, s ')ds',

внутренний продукт

(ВВП),

тем

большая

его

и условие его поведения

min p

(t,s)

в классе

доля идёт на ликвидацию последствий аварий

стратегий

Q(s',s),

где

s'

s

-

характеристики

и катастроф. В развитых странах эта доля ко¬

леблется от 3 до 5%. В России, не попавшей

состояния

рынка;

t -

текущий

момент

по ВВП на душу населения в первую сотню

времени;

стран, такая цифра не озвучивается. Не рас¬

f (t + % s'/t, s) - вероятность перехода рынка

из s

крывает её и направленно формируемая ин¬

в s' за время t.

В простейшем варианте приме¬

формация МЧС

России

вида: «...сокращение

нительно к объектам техносферы ее можно про¬

числа аварий

и

смягчение последствий ката¬

иллюстрировать так.

строф

может

дать

увеличение

бюджета

на

Обозначим

состояние

объекта с

непри¬

суммы,

превышающие

результаты

многих

емлемым

уровнем

ущерба

индексом

n=0.

планов

стабилизации

и

экономических

ре¬

Задача

состоит в

максимально возможном

форм»

[4]. Разработка моделей рационально¬

увеличении

n. Ремонт,

модернизация

и т. д.

го выделения ресурсов на обеспечение безо¬

приводят

к

росту

n

с

вероятностью

p=

p(n)

пасности техносферы государства относится к

за время At. В момент сдачи в эксплуатацию

категории задач государственного уровня.

(t=0) объект находился в состоянии n0. Доход

Сюда же относят разработку более общих

за интервал At от эксплуатации объекта со­

моделей: «мировая конъюнктура - экономика

ставил величину Q, а затраты на обеспече­

страны - безопасность техносферы страны»,

ние вероятности Р - R (Р). Тогда в зависи¬

«изменения климата - урожай - продовольст¬

мости от выбранной «стратегии» эксплуата¬

венная безопасность» и т.д.

ции объекта встречаются три варианта раз¬

Модели управления безопасностью регио¬

вития событий.

нального

(отраслевого) уровня

ориентирова¬

1. Выбирается

«стратегия

гарантирован¬

ны на оценку опасности существующих объек¬

ной

надежности»,

рассчитанная

на

худший

тов с выработкой

обоснованных мер по пре¬

вариант,

при

котором, несмотря

на

при¬

дупреждению аварий и катастроф с выстраи¬

нимаемые

меры,

состояние объекта будет

ванием

системы

приоритетов. В рамках

от¬

ухудшаться. Экономический

эффект

за

вре¬

расли эти модели

преимущественно направ¬

мя

до

аварии

определится

как

-

лены

на

решение задач

«оптимального»

ре¬

R(P)]n0.

жима

обновления

оборудования.

Главный

Другими словами, принимаем, что после

критерий

оптимизации

-

экономическая

эф¬

того

как

объект

отработал

гарантийный

фективность -

не

отражает

состояние объек¬

срок, дальнейшей

эксплуатации он

не

под¬

тов техносферы,

не

решает стратегическую

лежит. Плюсы стратегии - не нужна система

задачу

отрасли

-

прогнозировать ожидаемое

мониторинга, не возникает расходной статьи

число рисков и аварий с оценкой экономиче¬

на ликвидацию последствий аварии. Недос¬

ского

эффекта

от

технологий по их

предот¬

таток

- неизбежный отказ

от

эксплуатации

вращению. Есть пробелы и в решении тради¬

объекта,

который

может

находиться

в

не¬

ционной задачи: «какую долю оборудования и

аварийном

состоянии. Пример

носит

иллю¬

инфраструктуры

следует

обновить при дан¬

стрированный

характер,

отражает

идею, и

ном уровне инвестиции, оптимизируя уровень

приведение

количественных

характеристик

безопасности под эти ресурсы». Что касается

«стратегии»

не имеет смысла.

систем

мониторинга, здесь

существуют свои

2. Предпочтение

отдается

«стратегии

апробированные

технологии, и

задача сво¬

нормальных аварий».

При

проектировании

дится

к

их разумному

выбору

и привязке к

объекта допускаются аварии в период его

12

Вестник СибАДИ, выпуск 1 (19), 2011

эксплуатации. В таблице 2 приведены веро­

запроектных аварий понимаются спрогнози¬

ятности крупных аварий, полученные рас­

рованные на базе использования нелиней¬

четным путем на стадии проектирования

ных закономерностей деформирования и раз­

(проектные, запроектные) и реально регист­

рушения элементов объекта.

рируемые на практике. Под вероятностями

Таблица 2 - Вероятности крупных аварий за год [4]

Расчетные

Реальные

Типы объектов

Проектные

Запроектные

Активная зона

10- 6

10- 6

2 1 0 - 3

Реакторы

Первый контур

10- 5

10- 6

510 - 3

Космические объекты

10- 4

10- 3

5-10-2

Турбоагрегаты

10- 3

10- 4

3-10-2

Летательные

аппараты

10- 3

10- 4

5-10-3

Трубопроводы

10- 4

2 1 0 - 3

10- 2

Принимаем вероятность того, что авария

придерживаются

первой стратегии (органи¬

случится

в момент mDt, равна p(m/n0), а

зация и проведение ремонта дороже замены

объекта на новый).

среднее время до аварии

т =

S mp(m/n0 ) .

Перечисленные

стратегии

предполагают

m=1

неизменность базовых величин P,R(p), L,

Q,

Объект

эксплуатируется

до

серьезной

Ca

в процессе эксплуатации объекта. Эта

аварии в течение времени T, далее послед¬

установка всё чаще подвергается критике.

ствия аварии ликвидируются, объект выво¬

Приводятся доводы, которые трудно опро¬

дится из эксплуатации. Тогда математиче­

вергнуть. Так, длительные невыплаты зар¬

ское ожидание экономического эффекта

платы ведут к падению технологической

т

[m(Q - R(p))]p(m / n) - p(m / n) • Ca

дисциплины,

опасность

функционирования

Э2 =

S

объекта

резко

возрастает. Стремительный

m=о

рост

числа

несанкционированных

подклю¬

где Са - стоимость ликвидации аварии.

чений к трубопроводам приводит к сущест¬

Управление риском в данном случае сводит¬

венному изменению показателей транспорт¬

ся к выбору технического обслуживания p и

ной системы, входящих в схемы обеспече¬

проектного срока службы. Недостаток стра¬

ния безопасности . Не исключено , что уже

тегии - необходимость в штатном режиме

пора

учитывать

«фактор

терроризма»,

су¬

ликвидировать последствия крупной аварии.

щественно

меняющий

риск

эксплуатации

3. Стратегия с проведением непрерывно­

продуктопроводов.

го мониторинга развивает предыдущую. Сис¬

В [7] рассмотрена концепция безопасно­

тема

мониторинга отслеживает

наступление

сти

действующих

трубопроводов Западной

критической (предаварийной) ситуации. Эко¬

Сибири. Для них характерна явно выражен¬

номический

эффект

от эксплуатации такого

ная

диспропорция между резко возросшими

объекта в среднем составит

требованиями

к надёжности и системой ме¬

¥

роприятий по её обеспечению, а также

от¬

Э3

=

[Q - R(p)

- L]

S m

•

p(m/n),

сутствие научно обоснованной и признанной

m=0

схемы выборочного ремонта нефтепроводов

где L - затраты на мониторинг за время

с учетом остаточного ресурса.

Dt.

Предложенная

в

[7]

концепция

управ¬

Перечисленные

стратегии

неравноцен¬

ления

безопасностью

трубопроводного

ны . На практике при эксплуатации сложных

транспорта

включает

анализ

этих

состав¬

объектов предпочтение отдаётся последней.

ляющих

безопасности (рис.1).

Если имеют дело с простыми объектами,

Вестник СибАДИ, выпуск 1 (19), 2011

13

14

Вестник СибАДИ, выпуск 1 (19), 2011

Вестник СибАДИ, выпуск 1 (19), 2011

15

ТРАНСПОРТ. ТРАНСПОРТНЫЕ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ М А Ш И Н Ы

Таблица

3 - Ранжированные показатели эффективности методов контроля утечек нефти

Контролируе­

Точность

Пороговая

Время

мый

Э

Метод контроля

расчёта мест

ЭБ

чувств.

ЭБ

фиксации

ЭБ

Режим

ЭБ

Р

параметр,

О

утечек, м

утечки, м3/ч

утечки,ч

эффект

Гидравличе

Метод

с-кие

математического

F(1,D,P)

6

0,01

7

0,05

7

Д, У

10

1

30

параметры

моделирования

Скорость

Метод

ударной

отрицательных

1000

3

100

3

0,02

9

Д

10

3

25

волны

ударных волн

Изменение

Изменение

Участок м/д

скорости

5

100

2

0,001 (3с)

5

Д

10

5

22

расхода

НПС

расходов

Расход

Метод

сравнения

-

1

50-100

2

0,01

5

Д, У

8

10

16

расходов

Введённый

Радиоактивный

1

7

0,1

8

30-50

4

Д, У

7

2

26

изотоп

Ультразвуковой

20

8

0,5

9

20-30

4

Д

5

2

26

(зондовый)

Шумы

Акустический

утечки

1

7

0,1

8

150

3

Д, С

5

4

23

(наземный)

Метод

акустический

1

7

0,01

9

250-300

2

Д, С

5

4

23

эмиссии

Лазерный

% метана в

Газ

газоаналитически

1

5

4

10-15

3

Д, С

7

7

19

воздухе

й

Состояние

Визуальный

трассы

1

7

Любая

4

24-200

2

Д, С

4

9

1

7

Давление

Гидравлическим

Участок м/д

абсолютное

испытанием

задвижками

(опрес-совкой)

1

0,001

10

50-80

2

С

5

8

1

8

Газ

Метод

трассирующих

газов

1

7

5

5

10-13

4

С

4

6

2

0

Скорость

Метод

понижения

статического

давления

давления

1

3

0,5

6

0,25

7

С

4

6

2

0

Примечание

1 - режим

работы: Д - динамический; У - установившийся;

С - статистический; 2 - ЭБ -

экспертный балл; ЭО - экспертная оценка;Р - экспертный ранг (ранжированный уровень).

16

Вестник СибАДИ, выпуск 1 (19), 2011

Одним из основных звеньев подвески ав­

P(v') на штоке от относительной скорости v

томобиля является

гасящий

элемент - амор­

штока - конечно же - задача актуальная.

тизатор. Именно этот элемент во многом оп¬

В общем случае рабочая характеристика

ределяет такие свойства автомобиля, как

амортизатора (рис.1) нелинейна.

комфортабельность,

безопасность,

устойчи­

вость движения и в значительной степени

Анализ этой характеристики позволяет сде¬

влияет на формирование уровня динамиче¬

лать вывод, что с достаточной для инженер¬

ской напряженности подвески, кузова и

ных расчетов точностью её можно отобразить

трансмиссии автомобиля.

Поэтому

обосно¬

следующей функцией переменной структуры

ванный выбор основной рабочей характери¬

[1]

стики амортизатора - зависимости усилия

Вестник СибАДИ, выпуск 1 (19), 2011

17

a г + b-;

v e [v1;v2[,

Р2 00 = a2 v2

+ b2 v -+ Ci;

i? G [v2;v3[;

Ръ

(v)-

v С [i?3;i?4[;

w

= a4v;

l?G [r4;i?5[;

(1)

a5v2

+ b3v + c2; ^ G [i?3 ;i?6 [;

Ре G O = а 6 г - г й + ;

V E [v6;v7[;

[P7(p)

= a7v2

+ b^v + r3; v F [w7; »„].

Как показывает анализ выражения (4),

Для иллюстрации использования со¬

данная функция, в отличие от соотношения

отношения (4) приведем результаты аппрок¬

(1), является на множестве (2) аналитической

симации рабочей характеристики амортизато¬

функцией постоянной структуры.

ра передней подвески автомобиля ВАЗ-2110.

Функция (1) в данном случае имеет вид [1]

•PiOO = 28,667i'- 2 7,889;

Vv ± [-1,05; -0,1&D

P,00 = 540,835c2 - 187;

Vi? fc [-0,16;-0,02 [;

P ^ =91?,6и;

Vi? F [-0,02; 0[;

(5)

POO=< P+CtO = 864,831c;

Vc € [C; 0,0 2[;

РБ(с} = -Ю62,321гэ - 617,795 c + 5,366; Vc € [0,02; 0,ZG[j

P6 (c) = 2 2.436 c + 88,78;

Vc € [C,2£; 0.83[;

= 181,618^ + 281,S17i> + 216,268; Vc€ [C,33; 1.05],

Здесь принято:

1,0S.w/.; c2 = О Д б . и / ; . . . v3

= 1,0S.w/сек.

(6)

18

Вестник СибАДИ, выпуск 1 (19), 2011

Р(у) = тг-1

((arctg200(v + 1,155) - arctg2Q0 {у + ОД 6})(28,6671?-

27,889)+

(arctg200(v + 0,16) - arctg200(y +

0,02))(540,835т?2 + 1

8 7 ) +

(arctg2Q0(v + 0fi2) - arctg2C0v)(912r6v) +

[arctg200v - arctg2Q0(v -

й.й:у>;зё-^.зз1г0 -

( 7 )

Вестник СибАДИ, выпуск 1 (19), 2011

19

Аннотация.

Приведены

результаты

экспериментальных

исследований

деформа­

ции асфальтобетонного бруса до разрушения.

Показано,

что

применение

энергетиче­

ского варианта теории ползучести позволяет определить долговечность асфальто¬

бетонных конструкций с учетом воздействий

температуры, разных по величине чере¬

дующихся

нагрузок,

разносопротивляемости

материала от вида деформаций и других

условий нагружения на основе суммирования соответствующих работ разрушения.

Необходимо

продолжение экспериментальных

работ максимально

учитывающих усло¬

вия реальной эксплуатации для определения

параметров

ползучести

с целью вычисле¬

ния

долговечности.

Ключевые слова: асфальтобетон, долговечность дорог, определение, энергети¬

ческий вариант

теории ползучести.

В лаборатории ЛАТПИ СибАДИ в восьми­

формирования. На третьем (III) участке ско¬

десятых годах

были

проведены

исследова­

рость ползучести возрастает и заканчивается

ния

ползучести

жаропрочных

сплавов

разрушением, причем при вязком разрушении

ВЖЛ12У и ЖС6У и алюминиевого сплава АК4-

образуется шейка на образце растяжения, а

Т. Выполненные конечно-элементные расчеты

при хрупком - возникают внутренние трещи¬

времени до разрушения облапаченных тур­

ны. Для вязкоупругих материалов кривая пол¬

бинных колес при пульсирующем силовом и

зучести сохраняет свой вид и при постоянном

температурном нагружении совпали со стен¬

нагружении, и при пульсирующем, или сину¬

довыми испытаниями в пределах до 10% [1].

соидальном, переменном во времени нагру-

Под ползучестью понимают пластическую ос¬

жении

таточную деформацию детали в зависимости

Исследования О.В. Соснина, Б.В. Горева,

от рабочей температуры, действующих нагру¬

А.Ф. Никитенко [2] показали, что продолжи¬

зок и времени. При этом в связи с протекаю¬

тельность процесса ползучести не зависит от

щими остаточными деформациями в детали

чередования и времени приложения к образцу

уменьшаются усилия, которые вызвали де¬

нагрузок и температур, а зависит от общей

формацию, и дальнейшая деформация при

работы разрушения (или разупрочнения), ко¬

данной температуре прекращается. Это явле¬

торая определяется площадью под кривой

ние

называется

релаксацией

напряжений.

ползучести (рис. 1, а - площадь заштрихова-

Оба процесса обычно происходят одновре­

на).В общем случае скорость разрушения вяз-

менно. На рис.1 показаны деформации ползу¬

коупругого материала в процессе ползучести

чести сплава АК4-Т при различных случаях

может быть описана уравнением [1]:

приложения нагрузок. В кривой ползучести

dA

Be"

можно

выделить три участка: (рис. 1, а) уча­

(1)

сток

I

упругого

деформирования,

участок

II,

dt

где скорости деформирования за счет упроч¬

нения уменьшаются до скорости, которая со¬

где A* - энергия разрушения данного мате­

храняется на

протяжении второй

стадии де-

i \_/