Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Учебное пособие 2214

.pdf
Скачиваний:
5
Добавлен:
30.04.2022
Размер:
13.31 Mб
Скачать

ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В СТРОИТЕЛЬНЫХ, СОЦИАЛЬНЫХ И ЭКОНОМИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ

рения природоохранных мероприятий может быть предотвращенный ущерб, равный эквивалентной сумме платы за количество уловленных загрязнений, и сопутствующие эффекты, например, снижение стоимости используемого топлива, стоимость сырья, взамен которого используются утилизированные вещества и др.

Критерием экономической оценки эффективности инвестиций в природоохранное мероприятие может быть принят максимум

показателя чистого дисконтированного дохода (ЧДД). ЧДД показывает величину положительного результата в денежном выражении (экономического эффекта) от внедрения одного или нескольких проектных решений, направленных на снижение вредных выбросов, по сравнению с базовым вариантом без этих проектов.

ЧДД [1] от внедрения природоохранных мероприятий можно определить по формуле

 

 

 

(

− )

 

 

1

 

 

 

 

 

ЧДД = ∑ (∑ ∑

 

 

− ∑ ∑

 

 

),

(1)

(1 + )

 

+ )

 

 

 

 

(1

 

 

=1

=1 =0

 

 

=− =1

 

 

 

где - положительный результат по видам затрат j, за шаг расчета периода t (годовой эффект) от внедрения природоохранного мероприятия i, тыс. р.; - дополнительные годовые затраты j за шаг расчета периода t от внедрения природоохранного мероприятия i, тыс. р.; - единовременные капитальные затраты на установку оборудования для природоохранного мероприятия i в начале периода (t=0) или до начала периода (t=-Т) и дополнительные инвестиции вида h (на замену деталей, конструкций и др.) на шагах расчета t, тыс. р.; e - ставка дисконтирования, равная 0,1-0,3; t - период расчета, принимается равным сроку службы оборудования или системы в целом; состоит из шагов расчета, которые принимаются равными одному году; при осуществлении инвестиций до начала эксплуатации период расчета t равен сумме периода монтажа оборудования (-Т<t<0), кото-

рый принимает отрицательное значение, и сроку службы оборудования или системы в целом; j – виды платежей и годовых затрат на эксплуатацию оборудования, тыс. р., для природоохранного оборудования ими могут быть годовые затраты на электроэнергию, на обслуживание, на топливо или теплоту, плата за выбросы и т.д. Сумма отрицательных отклонений затрат от базового варианта (превышений над базовым вариантом) образует , а сумма положительных отклонений затрат (снижений по сравнению с базовым вариантом) равна величине эффекта .

При сравнении альтернативных вариантов экономически целесообразным будет вариант, обеспечивающий максимальное значение чистого дисконтированного дохода. Чистый дисконтированный доход для каждого варианта i определяется по формуле

J

T

(Rij − Zij)

T

H

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

ЧДД = ∑ ∑

 

− ∑ ∑ K

 

 

 

→ max.

(2)

(1 + e)t

iht (1

+ e)t

i

 

 

 

 

 

j=1 t=0

 

t=−T h=1

 

 

 

 

 

Внедрение природоохранного меро-

 

1. Эффект от внедрения природоохран-

приятия (или комплекса мероприятий), обес-

ного мероприятия больше затрат на внедре-

печивающего снижение вредных выбросов в

ние этого природоохранного мероприятия за

натуральных измерителях, может иметь сле-

период учета.

 

 

дующие последствия в стоимостном измере-

 

Эффект состоит из суммы снижения

нии:

 

 

 

платы за выбросы, предотвращенные с по-

30

ВЫПУСК № 2 (16), 2019 ISSN 2618-7167

мощью установленного оборудования (∆Pit);

расхода топлива (газа или мазута, ∆Tit). Со-

стоимости сырья, которое замещается утили-

блюдается условие

зированными выбросами ( Sit ); снижения

 

T N M T J T H

∑ (∑ ∆Pitn + ∑ ∆Sitm + ∆Tit) αt > ∑ ∑ ∆Zij · αt + ∑ ∑ Kiht · αt,

(3)

t=0 n=1

m=1

t=0 j=1

t=−T h=1

 

где ∆Pitn - годовая плата за выбросы вида n,

предотвращенные в результате внедрения природоохранных мероприятий, вида i, в t году эксплуатации, тыс. р.; ∆Sitm - годовая стоимость сырья, которое замещается утилизированными выбросами в результате внедрения природоохранного мероприятия, тыс. р.; ∆Tit - снижение расхода топлива за год в результате внедрения природоохранного мероприятия; ∆Zij - дополнительные годовые

службы оборудования в целом; системы, в которой работает оборудование; здания в целом, в котором функционирует система); αt - коэффициент дисконтирования, или приведения разновременных затрат, результатов и эффектов к базисному периоду (как правило, принимается равным t=0), определяется по формуле

αt =

 

1

,

(4)

 

 

(1

+ e)t

 

 

 

эксплуатационные затраты вида j, необходи-

где е - норма дисконта, принимаемая равной

мые для

осуществления природоохранного

норме

дохода на

капитал или банковской

мероприятия, тыс. р.; Kiht - единовременные

ставке по депозиту.

 

 

 

капитальные вложения вида h, приведенные

 

 

 

Если условие (3) соблюдается, то внед-

к началу эксплуатации t=0, руб., осуществ-

рение

природоохранного

мероприятия

эко-

ляемые в году t до периода эксплуатации при

номически целесообразно

и приносит

эко-

-Т<t<0 и после эксплуатации при t>0 (при

номический эффект (чистый дисконтирован-

сроке службы оборудования или его отдель-

ный доход), определяемый по формуле

 

ных конструктивных частей меньше срока

 

 

 

 

 

 

 

T

N

M

J

T

 

 

 

ЧДД = ∑ (∑ ∆Pitn + ∑ ∆Sitm + ∆Tit − ∑ ∆Zij) αt − ∑ Kiht · αt > 0,

(5)

 

t=0

n=1

m=1

j=1

t=−T

 

 

 

2. Эффект от внедрения природоохран-

ние этого природоохранного мероприятия за

ного мероприятия равен затратам на внедре-

период учета. Соблюдается условие

 

T

N

 

M

T J

T

H

 

 

∑ (∑ ∆Pitn + ∑ ∆Sitm + ∆Tit) αt = ∑ ∑ ∆Zij · αt + ∑ ∑ Kiht · αt,

(6)

t=0

n=1

 

m=1

t=0 j=1

t=−T h=1

 

 

Если соблюдается условие (6), то внед-

сит ни выгоды, ни убытка. Экономический

рение природоохранного мероприятия эко-

эффект (чистый дисконтированный доход)

номически в денежном выражении не прино-

будет равен нулю

 

 

 

 

T

N

M

J

T

 

 

 

ЧДД = ∑ (∑ ∆Pitn + ∑ ∆Sitm + ∆Tit − ∑ ∆Zij) αt − ∑ Kiht · αt = 0,

(7)

 

t=0

n=1

m=1

j=1

t=−T

 

 

 

31

ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В СТРОИТЕЛЬНЫХ, СОЦИАЛЬНЫХ И ЭКОНОМИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ

3. Эффект от внедрения природоохран-

ние этого природоохранного мероприятия за

ного мероприятия меньше затрат на внедре-

период учета. Соблюдается условие

 

T

N

M

T J

T H

 

∑ (∑ ∆Pitn + ∑ ∆Sitm + ∆Tit) αt < ∑ ∑ ∆Zij · αt + ∑ ∑ Kiht · αt

(8)

t=0

n=1

m=1

t=0 j=1

t=−T h=1

 

Если условие (8) соблюдается, то внед-

экономические убытки в сумме, равной ве-

рение природоохранного мероприятия эко-

личине чистого дисконтированного дохода,

номически

не

целесообразно и приносит

который имеет отрицательное значение

 

T N M J T

ЧДД = ∑ (∑ ∆Pitn + ∑ ∆Sitm + ∆Tit − ∑ ∆Zij) αt − ∑ Kiht · αt < 0,

(9)

t=0 n=1

m=1

j=1

t=−T

 

Во всех трех случаях в результате внедрения природоохранного мероприятия i достигается экологический эффект ( Эiэк ) в виде суммы предотвращенного ущерба, равного снижению платы за вредные выбросы в

сумме, снижения стоимости топлива, снижения стоимости используемого сырья вследствие утилизации уловленных загрязнений и определяется по формуле

T N M

 

 

 

 

Эi = ∑ (∑

∆P

 

+ ∑ ∆S

+ ∆T ) α

t

 

 

 

 

 

(10)

 

 

 

 

эк

 

 

 

itn

 

itm

it

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t=0

n=1

 

 

m=1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Если

 

предусматривается

несколько выражения (3, 5 и 7) имеют вид

 

 

 

мероприятий

в

одном

 

проекте,

 

то

-для случая 1

 

 

 

 

I

T

N

 

M

 

 

 

 

 

I

T

J

 

 

 

T

H

 

 

 

∑ (∑ (∑ ∆Pitn + ∑ ∆Sitm + ∆Tit) αt) > ∑ (∑ ∑ ∆Zij · αt + ∑ ∑ Kiht · αt),

(11)

i=1

t=0

n=1

m=1

 

 

 

 

 

i=1

t=0 j=1

 

 

 

t=−T h=1

 

 

 

 

где i– количество природоохранных мероприятий в проекте.

 

 

 

 

 

 

-для случая 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I

T

N

 

M

 

 

 

 

 

I

T

J

 

 

 

T

H

 

 

 

∑ (∑ (∑ ∆Pitn + ∑ ∆Sitm + ∆Tit) αt) = ∑ (∑ ∑ ∆Zij · αt + ∑ ∑ Kiht · αt),

(12)

i=1

t=0

n=1

m=1

 

 

 

 

 

i=1

t=0 j=1

 

 

 

t=−T h=1

 

 

 

 

-для случая 3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I

T

N

 

M

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∑ (∑ (∑

∆P

+ ∑ ∆S

itm

+ ∆T ) α

) < ∑ (∑

∑ ∆

·

 

+ ∑ ∑

·

),

(13)

 

 

 

itn

 

 

it

t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i=1

t=0 n=1

 

m=1

 

 

 

 

 

=1

=0 =1

 

 

 

=− =1

 

 

 

Во всех трех случаях в результате внедрения нескольких природоохранных мероприятий (i) достигается суммарный эколо-

гический эффект ( Ээк ) в виде суммы предотвращенного ущерба, равного суммарному снижению платы за вредные выбросы, сни-

32

ВЫПУСК № 2 (16), 2019 ISSN 2618-7167

жения стоимости топлива, снижения стоимо-

зации уловленных загрязнений и

определя-

сти используемого сырья вследствие утили-

ется по формуле

 

 

 

I

T

N

 

M

 

 

 

ЭΣ

= ∑ (∑ (∑

∆P + ∑ ∆S

+ ∆T ) α

).

(14)

эк

 

 

 

itn

itm

it t

 

 

 

i=1

t=0

n=1

 

m=1

 

 

 

При оценке эффективности природоохранных мероприятий возможны следующие ситуации:

-предлагается один вариант природоохранного мероприятия, определяется эффект (экологический и/или экономический) и сравнивается с базовым вариантом «без проекта»;

-рассмотрению подлежат два, три или другое количество альтернативных вариантов природоохранного мероприятия, из которых выбирают вариант с большим эффектом по сравнению с вариантом «без проекта» или с вариантом, принятым базовым;

-рассматриваются все возможные варианты природоохранных мероприятий при заданных ограничениях параметров систем и ресурсов, выбирается оптимальный вариант, определяется эффект и сравнивается с вариантом «без проекта» или с вариантом, принятым базовым.

Сравниваемые варианты должны удовлетворять условиям сопоставимости по времени вложения средств и получения эффекта, по используемым ценам и тарифам, по режиму работы сравниваемого оборудования, количеству смен работы и другим показателям.

Выбор экономически целесообразного природоохранного варианта представляет собой трудоемкую задачу, алгоритм решения которой включает расчет капитальных вложений, годовых эксплуатационных расходов, платы за выбросы и др. в сопоставимом уровне цен в соответствии с различными методиками расчетов. Возможные изменения, характеризующие прогнозные значения исходных показателей для расчета, значительно увеличивают генерацию рассматриваемых вариантов и могут быть учтены при расчетах с использованием ЭВМ.

Вусловиях неопределенности, особенно в период инфляции и разброса цен в зависимости от производителя, поставщика, качества и других факторов, особое значение имеет определение области экономически целесообразного применения лучшего варианта, возможность моделировать прогнозные ситуации и оценивать результаты таких изменений.

Взаключение отметим, что решение задач экологической безопасности [1, 2] технологических процессов связаны с задачами обеспечения безопасности труда [3, 4, 5, 6, 7] на опасных и вредных производствах. При обеспечении требуемого уровня безопасности на предприятии необходимо дополнительно учитывать возможные опасности от других факторов, таких как производственный шум, примеры уменьшения вредного воздействия от которого рассмотрены в работах [8, 9, 10, 11, 12]. Так же необходимо решать целый ряд смежных задач для обеспечения комплексной безопасности [13, 14, 15, 16, 17, 18] с использованием информационных технологий [19, 20, 21]. Комплексное решение рассмотренных задач с последующей оценкой результатов и принятием необходимых мер по улучшению условий труда и обеспечению безопасности труда на вредных

иопасных производствах является направлением дальнейших исследований.

Библиографический список

1.Манохин, В.Я. Научно-практические

иметодологические основы экологической безопасности технологических процессов на асфальтобетонных заводах / В.Я. Манохин // автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук / Санкт-Петербург, 2004.

2.Манохин, М.В. Охрана труда и расчет рассеивания параметров выброса вред-

33

ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В СТРОИТЕЛЬНЫХ, СОЦИАЛЬНЫХ И ЭКОНОМИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ

ных веществ на промышленной площадке

граммного комплекса проектирования со-

асфальтобетонного завода / Манохин М.В.,

оружений остановочных пунктов обще-

Николенко С.Д., Сазонова С.А., Манохин

ственного транспорта с функцией шумоза-

В.Я. // Научный вестник Воронежского госу-

щитного

экранирования / У.Ю. Павлова,

дарственного

архитектурно-строительного

В.Ф. Асминин // Научный вестник Воронеж-

университета. Серия: Физико-химические

ского

государственного

архитектурно-

проблемы и высокие технологии строитель-

строительного университета. Строительство

ного материаловедения. - 2016. - № 1 (12). -

и архитектура. - 2016. - № 2 (42). - С. 123-

С. 104-107.

 

 

 

 

130.

 

 

 

3. Сазонова, С.А. Безопасность труда

9. Асминин, В.Ф. Noise reduction in cir-

при эксплуатации машин и оборудования на

cular woodworking machines in the production

асфальтобетонных и цементобетонных заво-

of wood components / В.Ф. Асминин, Д.С.

дах / С.А. Сазонова, С.Д. Николенко, В.Я.

Осмоловский // Scientific Herald of the Voro-

Манохин, М.В. Манохин // Научный вестник

nezh State University of Architecture and Civil

Воронежского

государственного архитек-

Engineering. Construction and Architecture. -

турно-строительного университета. Серия:

2012. - № 4 (16). - С. 69-79.

 

 

Высокие технологии. Экология. - 2016. -

10.

Осмоловский, Д.С. Эксперимен-

№ 1. - С. 28-33.

 

 

 

 

тальное

исследование

диссипативных

4. Сазонова, С.А.

Обеспечение

без-

свойств

вибродемпфирующих прокладок

с

опасности труда на асфальтобетонных и це-

фрикционным трением для снижения шума

ментобетонных

заводах

при эксплуатации

от круглопильных деревообрабатывающих

машин и оборудования / Сазонова С.А., Ма-

станков / Д.С. Осмоловский, В.Ф. Асминин //

нохин М.В., Николенко С.Д. // Моделирова-

Известия высших учебных заведений. Лес-

ние систем и процессов. - 2016. - Т. 9. - № 2.

ной журнал. - 2011. - № 5 (323). - С. 59-63.

 

- С. 63-66.

 

 

 

 

11. Асминин, В.Ф. Об одном из путей

5. Сазонова, С.А. Требования к без-

снижения шума в сложившейся жилой за-

опасности труда на асфальтобетонных заво-

стройке, прилегающей к остановочным

дах при погрузочно-разгрузочных работах /

пунктам

общественного автотpанспоpта

/

С.А. Сазонова, В.Я. Манохин, С.Д. Николен-

В.Ф. Асминин, У.Ю. Корда // Безопасность

ко // Моделирование систем и процессов. -

жизнедеятельности. - 2011. - № 4. - С. 21-24.

 

2016. - Т. 9. - № 2. - С. 57-60.

 

12. Осмоловский, Д.С. Акустическая

6. Манохин, М.В. Требования к без-

эффективность от применения вибродемп-

опасности труда и пожаровзрывобезопас-

фирующих прокладок с сухим трением для

ность при эксплуатации

 

асфальтобетонных

снижения шума от пильного диска кругло-

заводов / М.В. Манохин, В.Я. Манохин, С.А.

пильных

деревообрабатывающих станков

/

Сазонова, С.Д. Николенко // Научный вест-

Д.С. Осмоловский, В.Ф. Асминин // Безопас-

ник Воронежского государственного архи-

ность жизнедеятельности. - 2012. - № 8. - С.

тектурно-строительного университета. Се-

14-19.

 

 

 

рия: Высокие технологии. Экология. - 2016. -

13.

Асминин, В.Ф. Использование аку-

№ 1. - С. 16-21.

 

 

 

 

стических характеристик речевых пожарных

7. Головина Е.И. Интегральная балль-

оповещателей для расчёта звуковых полей

ная оценка тяжести труда операторов смеси-

помещений / В.Ф. Асминин, А.И. Антонов,

телей асфальтобетонных заводов в условиях

Е.Н. Епифанов // Технологии техносферной

высокой запыленности рабочей зоны / Е.И.

безопасности. - 2014. - № 1 (53). - С. 13.

 

Головина, С.А. Сазонова, С.Д. Николенко,

14. Asminin, V.F. The method of sound

М.В. Манохин, В.Я. Манохин // Научный

designing of a single voice fire alarm / V.F.

вестник Воронежского государственного ар-

Asminin, A.I. Antonov, S.N. Kuznetsov // Sci-

хитектурно-строительного

университета.

entific Herald of the Voronezh State University

Серия: Физико-химические проблемы и вы-

of Architecture and Civil Engineering. Con-

сокие технологии строительного материало-

struction and Architecture. - 2014. - № 2 (22). -

ведения. - 2016. - № 1 (12). - С. 95-98.

 

С. 67-75.

 

 

 

8. Павлова, У.Ю. Теоретическое пред-

15. Асминин, В.Ф. Методика акусти-

ставление процесса распространения авто-

ческого проектирования одиночного пожар-

транспортного

шума для

разработки

про-

ного речевого оповещателя / В.Ф. Асминин,

34

ВЫПУСК № 2 (16), 2019

 

ISSN 2618-7167

Е.Н. Епифанов, А.И. Антонов, С.Н. Кузнецов

стем и процессов. - 2016. - Т. 9. - № 4. - С.

// Научный вестник Воронежского государ-

47-51.

 

ственного архитектурно-строительного уни-

19. Квасов, И.С. Синтез систем сбора

верситета. Строительство и архитектура. -

данных для распределительных гидравличе-

2013. - № 3 (31). - С. 121-127.

ских сетей / И.С. Квасов, В.Е. Столяров, С.А.

16. Osmolovsky, D.S. Reducing noise

Сазонова // В сборнике: Информационные

from round woodworking machines by applying

технологии и системы Материалы III Все-

vibration damping friction pads between the

российской научно-технической конферен-

saw blade and the clapmping flange / D.S. Os-

ции. - 1999. - С. 113-115.

molovsky, V.F. Asminin, E.V. Druzhinina //

20. Квасов, И.С. Оценивание парамет-

Akustika. - 2019. - Т. 32. - № 1. - С. 138-140.

ров трубопроводных систем на основе функ-

17. Молодая, А.С. Моделирование вы-

ционального эквивалентирования / И.С.

сокотемпературного нагрева сталефибробе-

Квасов, С.А.

Сазонова // В кни-

тона / А.С. Молодая, С.Д. Николенко, С.А.

ге: Понтрягинские чтения - Х 1999. - С. 219.

Сазонова // Моделирование, оптимизация и

21. Сазонова, С.А. Итоги разработок

информационные технологии. - 2018. - Т. 6. -

математических моделей анализа потокорас-

№ 2 (21). - С. 323-335.

пределения для

систем теплоснабжения /

18. Николенко, С.Д. Обеспечение без-

С.А. Сазонова // Вестник Воронежского гос-

опасности земляных работ с применением

ударственного технического университета. -

расчетов прикладной механики / С.Д. Нико-

2011. - Т. 7. - № 5. - С. 68-71.

ленко, С.А. Сазонова // Моделирование си-

 

 

УДК 624.073.2.04

 

 

Воронежский государственный технический университет

Voronezh state technical University

Канд. тех. наук, доцент Н.Н. Некрасова

Kand. Techn. associate Professor N.N. Nekrasova

Россия, г. Воронеж , E-mail: Nekrasova-N@yandex.ru

Russia, Voronezh, E-mail: Nekrasova-N@yandex.ru

Н.Н. Некрасова

ПОСТРОЕНИЕ РАЗНОСТНЫХ СХЕМ ЧИСЛЕННОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ КОНТАКТНОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ПЛИТ ПЕРЕМЕННОЙ ТОЛЩИНЫ С УПРУГИМ ОСНОВАНИЕМ

Аннотация: рассматриваются типы аппроксимации функций жесткости, входящие в конечно-разностную систему интегро-дифференциальных уравнений. Проводится сравнительная оценка типов осреднения жесткостных коэффициентов в сеточных узлах для численных расчетов прямоугольной плиты

Ключевые слова: плита переменной толщины, упругое основание, разностная схема, конечно-элементное моделирование

N.N. Nekrasova

THE CONSTRUCTION OF DIFFERENCE SCHEMES FOR NUMERICAL SIMULATION OF CONTACT INTERACTION OF PLATES WITH VARIABLE

THICKNESS WITH ELASTIC BOTTOM

Abstract: the types of approximation of stiffness functions included in the finite-difference system of integrodifferential equations are considered. A comparative evaluation of the types of averaging of stiffness coefficients in grid nodes for numerical calculations of a rectangular plate is carried out

Keywords: plate of variable thickness, elastic base, Difference scheme, finite element modeling

В теории2 расчета плитных фундамен-

практике строительства широко применяют-

тов основные результаты получены для плит

ся плиты, изменение жесткостей (толщин)

постоянной жесткости (толщины). Однако в

которых обуславливается расположением

 

 

технологического оборудования, изменени-

 

 

ем нагрузки на отдельных участках плиты и

© Некрасова Н.Н., 2019

в ряде других случаев. В имеющихся анали-

35

ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В СТРОИТЕЛЬНЫХ, СОЦИАЛЬНЫХ И ЭКОНОМИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ

тических решениях рассматривается ограниченный класс нагрузок и сравнительно простые законы изменения жесткости, как правило, по ступенчатому закону. Отсутствуют работы по расчету как изотропных, так и ортотропных плит переменной жесткости, находящихся на упругих основаниях различных типов (кроме полупространства). Поэтому теория изгиба плит переменной жесткости (толщины), расположенных на упру-

гих неклассических основаниях требует дальнейшего развития с целью применения ее к более широкому классу практических задач.

Дифференциальное уравнение изогнутой поверхности ортотропной плиты переменной жесткости, находящейся под действием поперечной нагрузки и опирающейся на упругое основание имеет вид

2

 

 

2W

 

 

Dx

 

 

x

2

x

2

 

 

 

 

2

2W

4

2

 

 

 

 

y

2

x y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

W

 

 

 

 

2

DK

 

 

 

2

 

 

 

2

 

x y

 

y

 

2WDy y2

2W 1 x2

q( x, y) p( x, y), (1)

где W x, y – вертикальное перемещение срединной плоскости плиты, q x, y – интенсивность внешней нагрузки, p x, y – контактное давление; E1 , E2 , 1 , 2 – модули упругости и коэффициенты Пуассона материала плиты соответственно; G – модуль

сдвига,

 

h – толщина плиты; D Gh3 / 12

 

 

 

 

 

 

 

K

 

 

жесткость кручения;

D E

h3 / 12(1

)

и

 

 

 

 

 

x

x

1 2

 

 

D

y

E

y

h3 / 12(1

)

цилиндрические

 

 

1 2

 

 

 

 

 

жесткости изгиба. Для главных направлений

упругости жесткости изгиба Dx , Dy и жесткость кручения DK связаны соотношениями: D3 Dx 2 2DK Dy 1 2DK .

В данной постановке трение в области контакта не учитывается, плита полностью примыкает к основанию. Вертикальные перемещения плиты и поверхности основания равны между собой. Зависимость между интенсивностью реактивного давления и вертикальным перемещением выражается уравнением

 

 

 

1 2

 

 

W x, y W x, y A Bx Cy

x, y, , p , d d ,

 

 

0

(2)

E

0

 

 

 

 

S

 

где А,

В, С – параметры

перемещения

плиты

как жесткого целого; E0 , 0

модуль упругости и коэффициент Пуас-

сона

основания.

Функция x, y, ,

выбирается в зависимости от принятой модели основания. Граничные условия

на контуре плиты классические: защемление, шарнирное опирание или свободный край [1].

Замыкает задачу система уравнений равновесия для плиты, загруженной внешней распределенной нагрузкой q( x, y) :

p , d d q , d d , p , d d q , d d ,

S F S F

p , d d q , d d , (3)

S F

где S – область контакта плиты и основания, F – область действия внешней распределенной нагрузки.

Нахождение точных решений сформулированной пространственной контактной задачи для любой модели упругого основа-

36

ВЫПУСК № 2 (16), 2019

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ISSN 2618-7167

ния представляет значительные трудности.

, , , , расположенные в центрах соответ-

Для

численного

 

 

 

 

 

решения

 

 

поставленной

ствующих клеток [3].

 

 

 

 

 

 

 

 

задачи предлагается расчет на основе

 

 

 

Таким образом, полученная в результа-

сочетания метода сеток и метода гра-

те дискретизации система линейных уравне-

ничных элементов. Причем рассматривается

ний относительно прогибов узловых точек

конечно-разностная схема (типа сквозного

плиты в матричной записи примет вид

 

счета), которая характеризуется

 

тем, что

 

 

 

 

 

 

H W q p ,

 

 

 

(4)

граница областей с различными механиче-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

скими свойствами явно не выделяется. Для

где [Н] – матрица дифференциального опе-

жесткостей, входящих в выражения коэффи-

ратора относительно вектора прогибов {W};

циентов конечно-разностных

уравнений

в

{q} и {p} – векторы внешней нормальной

узлах сетки применяем принцип сглажива-

нагрузки и реактивного давления,

рассмат-

ния [2].

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

риваемые в узлах конечно-разностной сетки.

 

При замене дифференциального урав-

 

Матрица [Н] содержит коэффициенты жест-

нения (1) конечно-разностными выражения-

кости

 

Dx , Dy , DK

,

которые в каждом узле

ми

используем

 

 

известный

13-точечный

 

 

 

сетки

равны

 

среднему

арифметическому

шаблон для построения разностного уравне-

 

значению

 

 

 

 

жесткостей

в

полуцелых

уз-

ния во внутренних узлах прямоугольной сет-

 

 

 

 

лах (промежуточные узлы, расположенные в

ки. Кроме того, в дальнейшем для составле-

серединах отрезков между узлами основной

ния конечно-разностных уравнений потребу-

сетки) [4]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ется

использовать

 

 

дополнительные

точки

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ˆ

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ˆ

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Dx i, j

 

2

 

 

Dx

i, j 1/ 2 Dx i, j 1/ 2 ;

 

 

Dy

i, j

 

2

 

Dy i 1/ 2, j

Dy

i 1/ 2, j

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ˆ

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ˆ

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Dx

i, j 1

 

2

 

Dx i, j 1/ 2 Dx i, j 3/ 2

;

 

Dy

i 1, j

 

2

 

Dy

i 1/ 2, j

Dy i 3/ 2, j

 

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ˆ

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ˆ

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

Dy

 

 

 

 

Dy i 3/ 2, j ;

 

 

Dx

i, j 1

 

2

 

Dx

i, j 1/ 2 Dx i, j 3 / 2 ;

 

 

Dy

i 1, j

 

 

2

 

i 1/ 2, j

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ˆ

 

 

 

1

 

 

(D )

 

 

 

(D )

 

 

 

(D )

 

 

 

 

 

 

(D )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

D

 

 

 

 

 

i 1/2, j 1/2

i 1/2, j

 

i, j 1/2

 

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

K

 

 

 

4

 

 

 

 

K

 

K

 

 

 

K

 

 

 

K

 

i, j

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ˆ

 

 

 

 

1

 

 

(D )

 

 

 

(D )

 

 

 

(D )

 

 

 

 

 

 

(D )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

D

 

 

 

 

 

 

i 1/2, j 1/2

i 1/2, j

 

i, j 1/2

 

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

K

 

 

 

4

 

 

 

 

K

 

K

 

 

 

K

 

 

 

K

 

i, j

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ˆ

 

 

 

1

(D )

 

 

(D )

 

(D )

 

 

 

 

 

 

(D )

 

 

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

D

 

 

 

 

 

i 1/2, j 1/2

i 1, j

i, j 1/2

i, j

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

K

 

 

 

4

 

 

K

 

 

K

 

 

 

K

 

 

 

 

 

K

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ˆ

 

 

 

1

 

 

(D )

 

 

 

(D )

 

 

 

(D )

 

 

 

 

 

 

(D )

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

D

 

 

 

 

 

i

1/2, j 1/2

i 1/2, j

 

i, j 1/2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

K

 

 

 

4

 

 

 

 

K

 

K

 

 

 

K

 

 

 

K

 

i, j

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Сравнение

 

 

 

 

типов

 

 

 

 

 

аппроксимации

Причем, скачок толщины происходит по

жесткостей

проанализированы

 

на

при-

окружности

 

 

 

 

радиуса

 

 

R 4м

 

с

цен-

мере

изотропной

 

 

плиты,

 

 

защемленной

тром,

 

совпадающим

 

 

с

центром

плиты

по

контуру

со

 

 

стороной

a 16м

и

(рис. 1). Анализируются два случая: 1)

взаимодействующей с упругим полупро-

толщина

 

плиты

в

круге

h1 = 1м, а

вне

странством. В расчетах изменение жесткости

круга h2 = 1,5м; 2) толщина плиты в круге h1

плиты обусловлено изменением ее толщины.

= 2,548, вне круга h2 = 1м

(объем плиты при

37

ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В СТРОИТЕЛЬНЫХ, СОЦИАЛЬНЫХ И ЭКОНОМИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ

таком законе изменения толщины остается постоянным и равен V 384м3 ).

Y

 

 

 

0

 

X

Рис. 1 - Плита со скачкообразным изменением толщины по окружности с радиусом R=4 м

Для учета свойств ортотропии плиты

полагаем: E1 2,5E , 1 2,5 ,

E2 E ,

 

2

,

 

 

G 0,429 E ,

E 2 104 МПа ,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0,167

.

Характеристики

основания:

E0

 

29,1 МПа , 0

0,25 . Показатель гибко-

сти

 

 

 

 

для

изотропной

плиты

r

 

3

E a3

1 2 / Eh3 1 2 29,12 . На

 

 

 

 

 

2

 

0

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

использованием полуцелых узлов не искажает картину прогибов, как для более жесткой части плиты, так и для менее жесткой ее части.

Проведенные методические расчеты при различных законах изменения функции жесткости показали, что осреднение жесткостей при формировании конечно-разностных уравнений с использованием полуцелых узлов наиболее эффективна. Повышается точность расчетов напряженно - деформированного состояния плиты с кусочно-постоянной функцией жесткости.

Разработанный программный комплекс может быть применен при исследовании более сложных случаев нагружения и других возможных сочетаниях граничных условий на контуре плиты. Кроме того, использование контактной модели упругого основания реализовано отдельным блоком и не требует перестройки всего алгоритма для любой другой контактной модели. А так же, предлагаемая методика может быть эффективно применяться при решении задач оптимального проектирования по весу плит переменной толщины, расположенных на упругих основаниях.

плиту действует равномерно распределенная

Библиографический список

 

нагрузка q 105 Н / м2 .

 

 

1.

Варвак, П.М. Метод сеток в задачах

Как показали проведенные

расчеты,

расчета

строительных конструкций/П.М.

для первого случая изменения жесткостей

Варвак., Л.П. Варвак. М.: Стройиздат, 1977.–

(внутри круга толщина плиты меньше, чем

154 с.

 

 

вне круга) все три типа осреднения жестко-

 

 

2.

Ээк, Р.Н. Расчет ортотропных пла-

стей приводят к качественно подобному рас-

стинок переменной толщины методом сеток /

пределению прогибов. В этом случае изоли-

Р.Н. Ээк, Р.К. Ряямет // Тр. Таллинский по-

нии прогибов плиты симметричны относи-

тельно ее центра и в центральной области

литех. ин-та. – 1984. – № 575. – С. 13 – 21.

 

плиты практически не отличаются от окруж-

3. Бурковский, В.Л. Численная реали-

ностей. Если толщина плиты в круге больше,

зация модели цилиндрического изгиба

ор-

чем за его пределами

использование типа

тотропных плит переменной жесткости

на

осреднения жесткостей существенно сказы-

упругом основании / В.Л. Бурковский, Н.Н.

вается на картине

изолиний

прогибов.

Некрасова // Вестник Воронеж. гос. техниче-

Осреднение жесткостей по первому и, осо-

ского ун-та, 2009г. – т.5. – №10.– С. 101-107.

бенно, по второму типу приводит к неравно-

4.

Самарский, А.А., Теория разностных

мерному распределению прогибов жесткой

систем / А.А. Самарский. – М.: Наука, 1977.

части плиты относительно центра квадрата,

что невозможно при симметричном нагру-

– 656 с.

 

 

жении и симметричных граничных условиях.

 

 

 

В то же время, аппроксимация жесткостей с

 

 

 

38

ВЫПУСК № 2 (16), 2019 ISSN 2618-7167

УДК 621.396.67

Воронежский государственный университет инженерных

Voronezh State University of Engineering Technologies

технологий, Канд. техн. наук, доцент Л.А. Коробова,

Cand. tech. Sciences, Associate Professor LA Korobova

Магистр Д.А.Рылёва

Master's degree D.A. Rylyova

Россия, г.Воронеж, E-mail: dashaklim.95@mail.ru

Russia, Voronezh, E-mail: dashaklim.95@mail.ru

Д.А. Рылёва,

Л.А. Коробова

РАЗРАБОТКА ДЕТЕРМИНИРОВАННОЙ МОДЕЛИ УЧЕТА ПОТЕРЬ СИГНАЛА ПРИ РАСЧЕТЕ СЕТЕЙ БЕСПРОВОДНОЙ СВЯЗИ

Аннотация: Проведен анализ необходимых мероприятий на начальной

стадии проектирования беспровод-

ной сети. Модернизирована, детерминированная модель Ксиа — Бертони

расчёта затухания сигнала

Ключевые слова: беспроводная сеть, модель Ксия-Бертони, зона покрытия, затухание сигнала

D.A. Rylyova, L.A. Korobova

DEVELOPMENT OF A DETERMINED ACCOUNTING MODEL OF LOSSES OF SIGNAL WHEN CALCULATING WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS

Abstract: The analysis of the necessary measures at the initial stage of designing a wireless network. Upgraded. deterministic model of Xia - Bertoni calculation of signal attenuation

Keywords: wireless network, Xia-Bertoni model, coverage area, signal attenuation

На промышленном предприятии существует много объектов автоматизации, где сложно обойтись без беспроводных сетей: С точки зрения требований к промышленным сетям беспроводные сети уступают проводным по некоторым характеристикам: помехозащищенность, ограниченная дальность, резкое падение пропускной способности В совокупности, причинами являются интерференция, дифракция, преломление, отражение, рассеяние и снижение плотности мощности излучения при увеличении расстояния от источника, а также невозможность локализации радиоволн в ограниченном пространстве. Поэтому размещение точек доступа для подключения и осуществления безопасности беспроводной сети является главной проблемой при построении беспроводной сети. Из этого при построении сетей возникает задача расчета сети с учетом потерь сигнала. В основе задачи лежит модель,

позволяющая определить зону покрытия рабочей станции при заданном ее расположении на местности. Для эффективного радиочастотного планирования в сетях беспроводной связи необходимо использовать наиболее точные методы и модели расчета затухания радиоволн. Детерминированным модели являются высокоточными, но требуют значительных временных затрат на расчет. Одна из таких моделей Ксиа – Бертони.

Модель Ксиа — Бертони позволяет оценить средний уровень потерь. Данная модель предлагает простой и удобный способ получения предварительных оценок уровня средних потерь в канале связи. Данная модель не учитывает поглощение сигнала при прохождении через препятствие. Добавим в базовую модель коэффициент изменения уровня сигнала при прохождении через определенный материал и коэффициент количества препятствий, получаем

 

 

 

 

2

 

 

1

 

1

2

 

 

 

 

 

 

 

= −10 lg (

 

) − 10 lg [

 

 

(

 

 

) ] − 10 lg [2,352 (

 

 

)] − ∑(

 

∙ ) , (1)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

 

2 2

 

 

2 +

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

где Rwlan

i

коэффициент3

потерь прохожде-

ния сигнала через препятствие,

S -

количе-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ство препятствий, λ – длина волны (м), R –

© Рылёва Д.А., Коробова Л.А., 2019

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

расстояние между приемником и передатчи-

39