Министерство образования и науки РФ Пермский национальный исследовательский

Министерство образования и науки РФ Пермский национальный исследовательский политехнический университет Кафедра «Безопасность жизнедеятельности» В. А. Трефилов Системный анализ и моделирование опасных процессов и явлений Электронный курс лекций Пермь, 2013

УДК 614. 8. 084 (075. 8) ББК 68 73 Рецензенты: В. А. Трефилов. Системный анализ и моделирование опасных процессов и явлений. Электронный курс лекций. - Пермь: Издво ПНИПУ, 2013. Электронный курс лекций предназначен для студентов, обучающихся по направлению 280700 «Техносферная безопасность» . В курсе лекций рассмотрены вопросы системного подхода к анализу и синтезу систем безопасности, а также модели возникновения и развития опасности. Курс лекций может быть полезен магистрантам, аспирантам и исследователям проблем обеспечения безопасности.

Содержание курса: Объем – 144 часа Лекции – 18 часов Практические занятия – 24 часа Самостоятельная работа – 64 часа Экзамен – 6 семестр Темы курса: 1. Введение. Методологические основы системного анализа. 2. Моделирование возникновения опасностей. 3. Моделирование развития опасностей. Заключение.

Темы практических занятий: ПЗ № 1. Оценка взаимосвязей между элементами системы «человек-техника-информация» . ПЗ № 2. Оценка взаимосвязей между элементами системы «человек-техника-природная среда» . ПЗ № 3. Построение схемы причинно-следственных связей. ПЗ № 4. Разработка модели возникновения опасности «Труба газопровода» . ПЗ № 5. Разработка модели возникновения опасности «Цистерна с бензином» .

ПЗ № 6. Разработка модели возникновения опасности «Железнодорожный мост через реку» . ПЗ № 7. Разработка модели возникновения опасности «Стена карьера» . ПЗ № 8. Разработка модели возникновения опасности «Мачта линии электропередач» . ПЗ № 9. Модель развития опасности « Труба газопровода» . ПЗ № 10. Модель развития опасности «Железнодорожный мост через реку» . ПЗ № 11. Модель развития опасности «Стена карьера» . ПЗ № 12. Модель развития опасности «Мачта линии электропередач» .

Тема 1. Введение. Методологические основы системного анализа Лекция № 1 Введение. Системный анализ Учебные вопросы: 1. Историческая справка. 2. Определение системы. 3. Анализ и синтез систем.

Древнее целое Дифференциация: математика, физика, химия, философия, медицина и д. р. Теория систем Античность Средние века Современность

А. А. Богданов П. К. Анохин Л. фон Берталанфи М. Месарович Н. Н. Моисеев

Система – это совокупность взаимосвязанных элементов, взаимодействие которых направлено на достижение поставленной цели. Системообразующий фактор – процесс взаимодействия элементов для достижения поставленной цели.

Цель Процесс Элементы, реализующие процесс Управление функционированием элементов, т. е. процессом Информация, необходимая для управления Окружающая среда (природная и социальная)

В безопасности: Цель – не допустить снижения работоспособности, возникновения заболеваний, травм и гибели работающего. Цель системы безопасности – (при max G), на первый взгляд, не совпадает, даже противоречит цели системы. На самом деле снижение заболеваемости и травматизма приводит к снижению выплат в соцстрах, привлекает квалифицированных работников, повышает качество продукции и повышает доходы предприятия.

Процесс • • • Технологический процесс; Процесс движения; Процесс строительства; Процесс обучения; и д. р.

Элементы • Технические средства; • Люди (комплексы технических средств, коллективы людей); • Методики; • Программные комплексы.

Окружающая среда Природная среда § Параметры; § Природные явления и процессы; § Природные образования (реки, моря, горы, пустыни и т. п. ).

Социальная среда § § § Культурная; Криминальная; Безалкогольная; Толерантная (религиозная, расовая); Воспитательная и образовательная; Для отдыха и развлечений.

Примеры систем 1. Система «человек-техника-среда» Рабочее место – токарь-станочник – (природная среда + сотрудники) – (технологическая документация + указания мастера + сигнализация в цехе + ощущения от работы станка) – мастер.

2. Система «цех» Оборудование (основное технологическое + обеспечивающее + вспомогательное + здания и сооружения) – работники (специалисты + линейные руководители + рабочие + вспомогательный персонал) – природная среда + социальная среда (работники других цехов + городское население + общественный транспорт + и т. д. ) – информация (производственные задания + технологическая документация + указания руководства предприятия + доклады руководителей подразделений + информация от внешних носителей – города, района, надзорных органов и т. п. ) – руководство предприятия, организации + решения руководителей подчиненных подразделений.

• • Взаимодействие Физическое, Химическое, Биологическое, Информационное. § Непосредственное, § Опосредованное.

Оценка эффективности Эффективность – степень достижения цели системы Э = f (Ц). Может измеряться: Цель – в абсолютных единицах; Эффективность – в абсолютных единицах, – в относительных единицах.

Анализ 1. Очертить систему. 2. Определить цель системы. 3. Определить процесс. 4. Выявить элементы, реализующие процесс. 5. Оценить эффективность системы.

Синтез 1. Установить цель создаваемой системы. 2. Определить процесс(ы), необходимые для достижения цели. 3. Задать требуемый уровень эффективности. 4. Определить элементы, необходимые для реализации процесса с требуемой эффективностью.

Лекция № 2. Методологические основы системного анализа Учебные вопросы: 1. Сущность изучения взаимосвязей. 2. Причинно-следственные связи.

Для того, чтобы не упустить никакой взаимосвязи, составим модель системы в виде бинарных отношений LR 1 T; LR 2 E; LR 3 J; LR 4 Y; где TR 5 L; TR 6 E; TR 7 J; TR 8 Y; ER 9 L; ER 10 T; ER 11 J; ER 12 Y; L – люди, T – технические устройства, E – окружающая среда, J – информация, Y – управление. JR 13 L; JR 14 T; JR 15 E; JR 16 Y; YR 17 L YR 18 T YR 19 E YR 20 J

Для системного анализа важно, чтобы ни одно из отношений R 1 – R 20 не было упущено при изучении или построении системы. Очевидно, что каждое из отношений может быть описано, изучено с помощью различных теоретических и прикладных дисциплин. LR 1 T – техника находится в отношении R 1 с людьми – эргономика. TR 5 L – люди (операторы) находятся в отношении R 5 с техникой – инженерная психология. ER 9 L – люди находятся в отношении R 9 со средой – (с природной средой – медицина, с социальной – социальные науки).

LR 2 E – природа находится в отношении R 2 с людьми (загрязнение земли, воздуха, воды) – экология. LR 3 J – информация находится в отношении R 3 с человеком – теория управления в части информации. JR 13 L – люди находятся в отношении R 13 с информацией – инженерная психология в части восприятия световой, звуковой, символьной, цифровой, аналоговой информации. LR 4 Y – управление находится в отношении R 4 с людьми – теория организационного управления. YR 17 L – люди находятся в отношении R 17 с управлением – педагогика и психология.

TR 6 E – среда находится в отношении R 6 с техникой – экология. ER 10 T – техника находится в отношении R 10 со средой – учение о коррозии, старении материалов, хладоломкости, ветровые, водные и т. п. природные нагрузки. TR 7 J – информация находится в отношении R 7 с техникой – теория наблюдаемости. JR 14 T – техника находится в отношении R 14 с информацией – теория управляемости. TR 8 Y – управление находится в отношении R 8 с техникой – теория управления. YR 18 T – техника находится в отношении R 18 с управлением – ресурсное обеспечение управления.

ER 11 J – информация находится в отношении R 11 со средой – помехоустойчивость в передаче информации в природной среде и подбор персонала для социальной среды. JR 15 E – среда находится в отношении R 15 с информацией – точность данных о параметрах природной среды, данные о состоянии социальной среды. ER 12 Y – управление находится в отношении R 12 со средой – (природная среда воздействие на объект управления, социальная среда – теория организационного управления). YR 19 E – среда находится в отношении R 19 с управлением – последствия для среды управленческих решений.

JR 16 Y – управление находится в отношении R 16 с информацией – информационное обеспечение управления. YR 20 J – информация находится в отношении R 20 с управлением – теория наблюдаемости и управляемости. Описание взаимосвязей позволяет рассмотреть все возможные факторы, влияющие на эффективность системы, так как выявляет все возможные причины воздействия различных факторов на системообразующий процесс.

Изучение причинно-следственных связей удобнее всего проводить с помощью «схем Исикавы» .

Основной метод изучения систем – моделирование. Модели Физические Математические Аналитические Статистические Эвристические Имитационные

Физические модели • Аналогичны с реальными явлениями, процессами, конструкциями в уменьшенном виде с последующим перерасчётом по критериям подобия (убедиться в прочности, устойчивости, скорости, грузоподъёмности, управляемости, торможения, надёжности и т. п. ).

Фотографии моделей

Физические модели полезны для выявления условий эксплуатации оборудования на конечный результат. • • Ограничения: Только физические объекты; Только конструкции и явления; Только простые процессы; Только безопасные процессы.

Сложные системы т. к. нельзя построить физические модели, то − математические модели. Для описания процессов и явлений в сложных системах используют аналитические модели.

Явления прочности – модель сопротивления материалов. Явления устойчивости – модель строительной механики. Явление движения жидкости – модель гидравлики. Явление движения газов – модель газовой динамики.

Явление тепла – модели тепломассопереноса. Явление движения электрического тока – модели электротехники. Явление распространения радиоволн – модели радиотехники и теории передачи сигналов. Явления химических процессов – уравнения, описывающие химические процессы.

Явления в биологических системах – биологические модели. Явление в управлении техническими системами – модели ТАУ или ТАР. Явления в передачи информации – модели теории информации. Явления в экономике – модели экономической теории.

Так, где человек, или сложные технико-химические, технико-биологические, технико-экологические системы, аналитические модели не позволяют установить закономерности. Используют то, что по большой выборке можно установить статистические закономерности. Это – статистические (вероятностные) модели.

Статистические модели описывают закономерности в больших системах на большом числе опытных данных. Регрессионный анализ. Корреляционный анализ. Случайные процессы. Теория массового обслуживания.

Эвристические модели описывают явления и процессы, оценить которые могут только эксперты. Экспертные оценки различных экспертов обрабатываются и получаются определённые, согласованные мнения о процессе и явлении.

Имитационные модели Это класс моделей, которые имитируют процесс, соединяя в себе аналитические, статистические и эвристические модели составных частей процесса.

Тема 2. Моделирование возникновения опасности Лекция № 3. Условия возникновения опасностей Учебные вопросы: 1. Параметры источников опасностей. 2. Необходимые и достаточные условия возникновения опасностей. 3. Переход системы из состояния в состояние.

Источники опасности – опасные и вредные производственные факторы – известны из ГОСТ Р 12. 0. 003 Однако только их перечень не позволяет проводить исследования и оценку безопасности. Введем понятия параметров источников опасности: φ – мощность источника опасности; ρ – расстояние опасного воздействия; τ – продолжительность опасного воздействия.

Сан. Пи. Ны, СНи. Пы и другие нормативные документы определяют допустимые значения параметров источников опасности φд, ρд, τд. В норме φ(t) < φд, ρ(t) > ρд, τ(t) < τд, то это состояние безопасности.

Если φ(t) > φд, ρ(t) > ρд, τ(t) < τд, то это состояние опасной ситуации. Если φ(t) > φд, ρ(t) < ρд, τ(t) > τд, то это состояние происшествия.

Все оборудование, люди и среда имеют закономерные изменения параметров старение, износ, коррозия, разрегулировки, и случайные изменения параметров. Эта случайность проявляется как по времени проявления, так и по величине случайных проявлений.

Поскольку случайность играет большое значение, то и оценки переходов из безопасного состояния Сб=С 1 в состояние опасной ситуации Сос=С 2 (инцидента, аварии) необходимо оценивать вероятностью α 12. Это не что иное, как вероятность превышения мощности источника опасности φi над допустимыми φд при сохранении в допустимых значениях ρi и τi. Принятыми мерами может быть снижение мощности источника опасности и перевод системы в безопасное состояние. Вероятность этого перехода α 21.

Если же превышение φi над φд не заметили, не своевременно заметили не смогли его понизить, то в результате уменьшения ρi меньше допустимого из-за закономерных или случайных факторов возможен переход в состояние Сп=С 3 – происшествие. Возможность такого перехода оценивается переходной вероятностью α 23. Риск такого исхода равен

Лекция № 4. Опасность как постоянное состояние системы «человек-техника-среда» Учебные вопросы: 1. Опасность техники. 2. Опасные ситуации в процессе эксплуатации технических средств.

Техника, которая может создать опасность: • Оборудование, работающее под давлением – как энергией давления, так и химическими веществами, хранящимися в этом оборудовании, и легковоспламеняющимися и взрывоопасными веществами; • Грузоподъёмное оборудование – потенциальной энергией грузов; • Подвижные части механизмов и машин;

• Электрооборудование; • Оборудование содержащие легковоспламеняющиеся жидкости и газы; • Оборудование содержащие взрывчатые и взрывоопасные вещества; • Оборудование, использующее радиационноопасные вещества, обладающие ионизирующим излучением.

Следовательно, φ(t) – это • величина давления для сосудов, работающих под давлением (Н/м 2, к. Г/см 2); • величина веса груза, поднятого грузоподъемным механизмом (кг, т); • величина тока, протекающего в электрической линии, цепи (А); • величина концентрации химического вещества в воздухе, воде (мг/м 3, мг/л, %); • величина производственного шума в помещении (д. БА); • величина вибрации на рабочем месте (д. Б); • величина электромагнитного поля (В/м 2); • величина ионизирующего излучения (Вт/м 2); • величина радиоактивного излучения (Зв).

Рассмотрим параметры источника опасности , ,

, где Bφ, Bρ, Bτ – коэффициенты закономерного изменения свойств для параметров φ, ρ и τ; Mφ, Mρ, Mτ – математические ожидания величин φ, ρ и τ; σφ, σρ, στ – среднеквадратические изменения величин φ, ρ и τ; λφ, λρ, λτ – интенсивности отказов; Сφ, Сρ, Сτ – коэффициенты усечения нормального закона распределения случайных величин φ, ρ и τ.

• Прочность конструкции определяется её несущей способностью R. • Действующая нагрузка – S. • Несущая способность R в конечной точке – это допускаемые напряжения [σR]. • Действующая нагрузка выливается в действующие напряжения σS.

Эксплуатационные факторы, снижающие [σR]

Рассмотрим закономерные изменения свойств машин и механизмов, их элементов и материалов , где B 1 − коэффициент износа; B 2 − коэффициент коррозии; B 3 − коэффициент старения; B 4 − коэффициент разрегулировки. Для каждого из материалов коэффициенты B 1, B 2, B 3 свои. Вместе с тем условия эксплуатации оказывают существенное влияние. Соответственно, , .

Коррозия – разрушение металла вследствие химического или электрохимического взаимодействия металла с внешней средой. По виду разрушения: • равномерная, • местная, • межкристаллическая, • ножевая, • нитевидная. По типу коррозионной среды: • газовая, • морская, • подземная, • биологическая, • радиационная.

Количественный показатель коррозии – скорость коррозии – уменьшение толщины металла y, отнесенное к единице времени , где С 0 – концентрация реагента на внешней поверхности; kр – константа скорости химической реакции; α' – температурный коэффициент; Т 0 – температура (в кельвинах).

Влага в виде осадков, росы, повышенной влажности увеличивает коррозию металлических конструкций, увеличивая показатель В 1. Разные материалы подвержены коррозии по- разному. Углеродистые стали без присадок более подвержены коррозии, легированные стали имеют меньший коэффициент В 1. Без специальных мер – окраски, лакирования и других – обойтись нельзя.

Пыль и песок, попадая в трущиеся пары деталей, выступают как абразив и увеличивают износ – В 2. Без специальных мер защиты от попадания пыли и песка рост износа приведет к увеличению вероятности отказа и, как следствие, к вероятности возникновения опасности.

Наличие химических веществ в атмосфере ( «кислотные дожди» , вызванные выбросом серы и хлора) приводит к разрушению лакокрасочньх покрытий и росту коррозии В 1. Кроме того, химические вещества в атмосфере приводят к ускоренному старению резинотехнических изделий и пластмассовых деталей, т. е. к росту В 2.

Для каждого материала изменения коррозии, старения, т. е. величин В 1, В 2 и В 3 получаются экспериментально. При этом необходим достаточно большой объём экспериментальных данных, чтобы оценить достоверность полученных данных. Например, для стали 1 Х 18 Н 10 Т показатель В=1, 37· 10− 2.

Уменьшение толщины металла автоматически ведет к увеличению значения σS. Присутствие влаги на поверхности металла может ускорить реакцию в 2 -12 раз. Таким образом, если представить , где М – момент нагружения, Wр – момент инерции, в котором параметр – толщина стенки (R–r). Чем толще стенка, тем больше напряжение σS в материале.

Старение – процесс ухудшения свойств материала во времени. Стареют все материалы, однако, более всего – полимеры. Механические, физические, диэлектрические свойства U связаны с временем и температурой , где Еа – энергия активации; Rсто – константа скорости старения из закона Аррениуса.

Износ – процесс постепенной утраты работоспособности трущимися элементами. Факторы, определяющие износ: • физические, химические и механические свойства поверхностей; • сочетание материалов трущихся поверхностей; • взаимодействие трущихся поверхностей со средой; • чистота обработки поверхностей трения; • вид трения (сухое, полужидкостное, жидкостное); • величина нормального давления и скорость движения трущихся поверхностей.

В период приработки (I) отмечается усиленный износ, в период нормальной эксплуатации (II) износ стабилизируется. Однако в последующем сопряжение трущихся деталей при увеличенных зазорах воспринимают ударные динамические нагрузки, и износ увеличивается (III). I этап: где k – коэффициент износа, а – постоянный коэффициент, отражающий свойства материала. III этап:

Таким образом, закономерные изменения свойств материала приводят к изменению несущей способности конструкции, т. е. к росту действующих напряжений σS и уменьшению допускаемых [σR]. Как видно из приведенных закономерностей, все они подчинены экспоненциальному закону. где (R−r) – толщина стенки, В 1 – коэффициент (скорость) износа, В 2 – коэффициент (скорость) коррозии, В 3 – коэффициент (скорость) старения.

ВБР системы равна произведению ВБР элементов или агрегатов в последовательной цепи функциональной схемы. . В цепи элементов существуют как механические элементы (трубопроводы, стрелы, канаты, блоки и т. п. ), так и электронные элементы (командоаппараты, реле, приборы контроля и управления).

Электрические и электронные приборы, а также управляющая арматура. . λ может быть получена из испытаний на надежность. Они могут быть резервированы, тогда оценка по методике оценки с резервированием.

Отсюда можно оценить наработку на отказ tотк как время между 2 -мя отказами.

Рассмотрим модель надежности по схеме «нагрузка – несущая способность» (ННС). Нагрузка и несущая способность как случайные величины.

Вероятность отказа

Таким образом, вероятность отказа системы, состоящей из N элементов, М из которых – электронное и электрическое оборудование, а (N – М) – механическое, резервирование электронного и электрического оборудования учтено при расчете их надёжности, получим

Рассмотрим случайные изменения параметров. Случайные величины параметров φ(t), ρ(t), τ(t) подчинены усеченному нормальному распределению с математическим ожиданием Mφ, Mρ и Mτ и среднеквадратическим отклонением. Таким образом, максимально возможное значение параметра , , .

Кость Модуль Предельная Предельное упругости Е, нагрузка, напряжение 104 102 МПа изгиба, 102 МПа Бедренная 1, 72 1, 21 2, 08 Большеберцовая Малоберцовая Плечевая 1, 80 1, 40 2, 13 1, 85 1, 46 2, 16 1, 71 1, 22 2, 11 Лучевая 1, 85 1, 49 нет данных Локтевая 1, 84 1, 48 нет данных

Лекция № 5. Человеческий фактор в возникновении опасности Учебные вопросы: 1. Характеристики ошибок оператора. 2. Оценки ошибок оператора.

Статистика аварий и инцидентов из-за ошибок операторов на опасных производственных объектах в мире: • Россия от 15 до 46%, • США от 16 до 52%, • Франция до 50%, • ФРГ от 22 до 29%, • Швейцария до 60%, • Япония до 19%.

Типы ошибок

Причины ошибок

Основная оценка оператора PСБ. Вероятность ошибки оператора QL = 1− PСБ. Она зависит от очень большого числа факторов. 1. От времени выполнения задачи.

2. От типа поведения.

3. От загруженности, т. е. отношения времени выполнения операций и продолжительности рабочего дня.

4. От объема инструкций.

5. От уровня стресса.

6. От положения событию.

Исходя из этих экспериментальных данных, можно оценить QL, если известны характеристики алгоритма работы оператора. QL = QL 1 · QL 2 · … · QLN

Лекция № 6. Возникновение опасностей от природных явлений Учебные вопросы: 1. Природные явления, которые могут привести к опасностям. 2. Модели возникновения опасностей от природных явлений.

Вероятность возникновения опасности Q зависит не только от технических причин QT и от человека QL, но и от явлений природы QЕ. Факторы, порождающие QЕ , многообразны. Они могут непосредственно приводить к опасностям (т. е. к появлению QЕ), а могут действовать опосредованно, через возрастание QT или QL.

Природные явления, которые могут привести к опасностям: • Сильный ветер, ураган, шторм, смерч. Характеризуются скоростью перемещения V м/сек, км/час, барическим давлением или разряжением мм рт. столба; • Сильная жара. Характеризуется температурой t °C и продолжительностью; • Сильный холод. Характеризуется температурой t °C и влажностью (%).

• Гроза. Характеризуется молниями. • Сильный дождь. Характеризуется количеством осадков, выпавших за сутки (мм), и продолжительностью. • Сильный снегопад. Характеризуется количеством осадков, выпавших за сутки (мм), и продолжительностью.

• Землетрясение. Характеризуется мощностью (в баллах по различным шкалам). • Цунами. Характеризуется высотой волны в метрах. • Извержение вулкана. Характеризуется количеством выбрасываемого пепла (m), высотой столба пепла (км, м), потоком лавы (длина – км, ширина – м).

• Оползни. Характеризуются сместившейся массой – m, дальностью действия – м. • Сели. Характеризуются сместившейся массой – m, дальностью действия – км. • Лавины. Характеризуются сместившейся массой – m, дальностью действия – км.

Грузоподъемные краны, водонапорные башни, трубы ГРЭС и ТЭЦ, опоры и столбы электропередач, деревья, высокие здания, корабли, автомобили (особенно с тентом или фуры), автобусы – все это подвергается ветровому напору при сильном ветре и может быть опрокинуто. Условием устойчивости перечисленного является Mстаб > Мопр, где Мстаб – стабилизирующий момент, Мопр – опрокидывающий момент.

кт. м. Ветровой напор увеличивает опрокидывающий момент, при этом он определяется градиентом скоростей (grad. V) и площадью, на которую действует массовая сила FS.

Аналогично этому воздействует ветер на провода, облепленные льдом. Масса проводов увеличивается, площадь обмерзших проводов увеличивается, поэтому массовая сила и площадь возрастают. Произойдет либо обрыв проводов, либо падение опор линии электропередач.

Сильная жара приводит к нагреву сосудов, работающих под давлением и, согласно закону Клапейрона, РV = RT в сосуде растет давление. Если отсутствуют предохранительные клапаны, как например, у баллона, то происходит разрушение баллона, если прочность стенок становится меньше нагрузки.

В сильные морозы материалы становятся хрупкими, их несущая способность существенно снижается. Поэтому в сильные морозы возможны разрушения конструкций, если в них не используются материалы, специально подобранные под такие морозы.

Сильные дожди, т. е. выпадение большого количества воды, могут привести: • к замыканию в электроустановках, • к наводнению, • к оползням, • к селям.

Если электрооборудование находится не в помещении и его исполнение не влагозащищенное, то дожди приводят к возможному затоплению и, как следствие, к замыканию в электрических сетях. Здесь решающая роль – в уплотнениях и в количестве осадков в мм.

Русло реки F grad. P F − удельная объёмная масса; ω − ускорение движения жидкости; ρ − плотность жидкости; P − давление; S − площадь поперечного сечения; V − объём.

Идёт дождь. Количество жидкости увеличивается на величину ΔG. Речка выходит из берегов. Условия отсутствия накопления φд = ΔG, критический параметр – grad. P

Образование селя

Образование оползня

Образование лавины

• Молнии, гроза. Энергия молнии 105 -107 электрон-вольт. Прохождение тока такой величины через тело человека – смерть. При соприкосновении молнии с горючими веществами – инициация горения, со взрывчатыми веществами – взрыв.

Тема 3. Моделирование развития опасностей. Заключение Лекция № 7. Моделирование развития опасностей Учебные вопросы: 1. Моделирование развития опасности сосудов, работающих под давлением. 2. Моделирование развития опасности грузоподъемных машин.

Моделирование развития опасности сосудов, работающих под давлением Имеем сосуд, работающий под давлением: φ > φд (к. Г/см 2) ρ – толщина стенки, мм σR < [σS] 1) Коррозия уменьшает толщину стенки, тем самым увеличивая σR При σR > [σS] происходит разрушение.

2) Нагрев сосуда PV = RT V = const, R = const При росте температуры Т растет давление Р, рост Р приводит к росту σR. При σR > [σS] происходит разрушение. 3) Падение сосуда Рост нагрузки приводит к росту σR, при σR > [σS] происходит разрушение.

Моделирование развития опасности грузоподъемных машин Имеем грузоподъемный механизм, поднимающий груз 1) Подъем груза, вес которого неизвестен σR < [σS], если масса груза расчетная. При неизвестной массе груза σR > [σS], происходит обрыв грузового каната.

2) Подъем груза, вес которого неизвестен При Mопр > Mст опрокидывание крана, если σR < [σS]

3) Подъем груза при просадке опоры - уменьшается. - увеличивается.

Лекция № 8. Моделирование развития опасностей. Заключение Учебные вопросы: 1. Моделирование развития опасности электрооборудования. 2. Моделирование развития пожара. 3. Заключение.

Увеличение температуры ведет к плавлению изоляции при t °C >> tпл или ускоренному старению изоляции, если t °C < tпл, но близка к ней. При плавлении изоляции произойдет короткое замыкание, результат которого – вывод техники, пожар.

1) Повышенная токовая нагрузка, связанная с подключением дополнительного потребителя. Подключение дополнительной нагрузки мощностью N 1 Вт означает возрастание тока: , где N+N 1 – новая мощность, U – напряжение в сети. При этом возрастает температура проводника:

где t°н – начальная температура проводника; I – сила тока; R – сопротивление проводника; τ – продолжительность дополнительной нагрузки; Cпр – теплоемкость материала проводника; S – площадь поперечного сечения проводника; γ – удельный вес материала проводника; l – длина проводника.

2) Обмотка электродвигателя. При высокой нагрузке – большие пусковые токи. Это ведет к ускоренному старению изоляции обмотки, межвитковому замыканию или замыканию на корпус. Большие пусковые токи и, как следствие, высокие температуры ведут к разбуханию обмотки. Это приводит к трению, а, значит, к износу изоляции. Как следствие, замыкание на корпус.

При соединении горючего материала, источника зажигания и кислорода воздуха (или хлора, фтора и т. п. окислителя) возникает пожар. В зависимости от горючего вещества t°C пожара существенно различается. Если окружающие вещества имеют температуру самовоспламенения tсв (температуру вспышки tвсп) меньше температуры горения, то пожар распространяется. Этому способствует и движение воздуха.

Движение воздуха при пожаре объективно происходит, т. к. нагретый воздух поднимается вверх, а его место занимает воздух, имеющий более низкую температуру. Если имеем замкнутое пространство, то кислород выгорит, пожар остановится. Если есть доступ воздуха (через негерметичные окна, двери, вентиляцию), то пожар распространяется. Описание процесса – модель газовой динамики.

Заключение Модели возникновения опасности представляют собой модели источников опасности с их параметрами, а также возможное изменение этих параметров под действием закономерных и случайных воздействий. При этом важно, что любое техническое средство уже содержит опасные и вредные факторы. Влияние на это устройство других технических средств, действия людей, факторов природы приводит к развитию опасности до происшествия. Модели развития опасности обусловлены конструкцией технического средства, возможными изменениями материалов, действиями людей, влиянием природных факторов.