Президиум РАН по проблемам безопасности (Руководитель рабочей группы)
Москва, г. Москва и Московская область, Россия
Россия
Обеспечение живучести, определяемой как способность технической системы, находящейся в поврежденном состоянии, выполнять (полностью или частично) свои функции и не допускать катастрофических разрушений, является важным элементом комплексной проблемы обеспечения безопасности объектов техносферы. В статье рассмотрены основные подходы к проведению количественной оценки живучести сложных технических систем с учетом того, что процессы накопления повреждений и разрушения развиваются по широкому спектру масштабно-структурных уровней, начиная от наномасштабов, соизмеримых с межатомными расстояниями, вплоть до макроскопического масштаба, определяемого структурой системы в целом. Из всей иерархии масштабов выделены три базовых масштабно-структурных уровня, позволяющих описать развитие процессов разрушения, и предложена совокупность показателей, характеризующих живучесть систем на выделенных масштабных уровнях. В статье сопоставлены основные подходы к проведению количественной оценки живучести технических систем, в том числе, основанные на детерминистических и вероятностных оценках остаточной прочности системы после возникновения макроповреждений, а также интегральные подходы, базирующиеся на проведении риск-анализа системы и на оценке снижения ее определяющих прочностных характеристик при варьировании степени повреждения системы.
безопасность технических систем, прочность, структурная целостность, живучесть, стойкость, разномасштабные модели, повреждение, разрушение
1. Введение
Безопасность сложных технических систем (далее — СТС) в значительной степени определяется их конструкционной прочностью и способностью сохранять свою структурную целостность при различных режимах нагружения. Различают два базовых подхода к обеспечению конструкционной прочности и структурной целостности СТС [1].
- Создание систем, которые способны функционировать при наличии локальных повреждений (принцип безопасности повреждения, англ. fail-safe design). При этом указанные локальные повреждения должны идентифицироваться в ходе проведения инспекций и устраняться путем ремонта и замены. Кроме того, создание подобных систем предполагает введение определенной избыточности (резервных связей), чтобы после возникновения локального повреждения имелся альтернативный путь передачи нагрузки и временной запас, необходимый для устранения повреждения.
- Создание систем, практически гарантированных от возникновения критических локальных повреждений в течение установленного срока эксплуатации (принцип безопасного ресурса, англ. safe-life design).
1. Махутов Н. А., Пермяков В. Н., Ахметханов Р. С., Резников Д. О., Дубинин Е. Ф. Анализ рисков и обеспечение защищенности критически важных объектов нефтегазохимического комплекса. Учебное пособие для студентов высших учебных заведений. Тюмень, 2013.
2. Махутов Н. А., Резников Д. О. Использование сценарного анализа для оценки прочностной надежности сложных технических систем//Проблемы машиностроения и автоматизации. 2015. № 1. С. 4-13.
3. Махутов Н. А., Петров В. П., Резников Д. О., Куксова В. И. Идентификация определяющих параметров угроз, уязвимости и защищенности критически важных объектов по отношению к превалирующим угрозам природного техногенного и террористического характера//Проблемы безопасности и чрезвычайных ситуаций. 2008. № 2. С. 34-41.
4. Резников Д. О. Способы компенсации неопределенностей при обеспечении защищенности сложных технических систем и оптимизации затрат их жизненного цикла//Проблемы машиностроения и автоматизации. 2013. № 3. С. 57-64.
5. Махутов Н. А., Резников Д. О. Учет угроз, связанных с человеческим фактором, при оценке защищенности опасных производственных объектов//Безопасность труда в промышленности. 2015. № 1. С. 60-67.
6. Махутов Н. А. Прочность и безопасность. Фундаментальные и прикладные исследования. Новосибирск, 2008.
7. Матвиенко Ю. Г. Моделирование и критерии разрушения в современных проблемах прочности, живучести и безопасности машин// Проблемы машиностроения и надежности машин. 2014. № 3. С. 80-89.
8. Матвиенко Ю. Г. Развитие моделей и критериев разрушения в современных проблемах прочности и живучести//Вестник научно-технического развития. 2014. № 7 (83). С. 9-19.
9. Махутов Н. А., Петров В. П., Резников Д. О. Оценка живучести сложных технических систем // Проблемы безопасности и чрезвычайных ситуаций. 2009. № 3. С. 47-66.
10. Буров А. Е. Оценка живучести конструкции крепления крышки гидротурбины в аварийной ситуации//Вестник Сибирского государственного аэрокосмического университета. № 4. 2012. С 10-14.
11. Лепихин А. М., Москвичев В. В., Доронин С. В. Надежность, живучесть и безопасность сложных технических систем // Вычислительные технологии. 2009. Том 14, № 6. С. 58-70.
12. Доронин С. В. Расчеты живучести при проектировании машиностроительных конструкций//Тяжелое машиностроение. 2008. № 7. С. 9-12.
13. Cavaco E., Casas J. R., Neves L., Huespe, A. Robustness of corroded reinforced concrete structures - a structural performance approach. Structure and Infrastructure Engineering. 2013.9(1): pp.42-58.
14. Макаров П. В., Еремин М. О. Модель разрушения хрупких и квазихрупких материалов и геосред // Физическая мезомеханика. 2013. Т. 16, № 1. С. 5-26.
15. Абросимов Н. В., Агеев А. И., Адушкин В. В. и др. Безопасность России. Правовые, социально-экономические и научно-технические аспекты. Научные основы техногенной безопасности. Москва, 2015.
16. Махутов Н. А., Резников Д. О., Зацаринный В. В. Два типа сценариев аварий в сложных технических системах//Проблемы безопасности и чрезвычайных ситуаций. 2014. № 2. С. 28-41.
17. Большаков А. М., Захарова М. И. Определение возможных сценариев возникновения, развития и вероятности реализации аварийных ситуаций на резервуарах для хранения нефти и нефтепродуктов при низких температурах эксплуатации//Проблемы анализа риска. 2012. Т. 9. № 3. С. 22-33.
18. Махутов Н. А., Петров В. П., Ахметханов Р. С., Дубинин Е. Ф., Дворецкая Т. Н. Особенности сценарного анализа возникновения и развития техногенных катастроф // Проблемы безопасности и чрезвычайных ситуаций. 2007. № 3. С. 3-28.
19. Lind N. C. Vulnerability of damage-accumulating systems. Reliability Engineering & System Safety, 1996. 53(2), 217-219.
20. Baker J., Schubert M., Faber M. On the assessment of robustness // J. Structural Safety. 2007. Vol. 30. P. 253-267.
21. Starossek U., Haberland M. Approaches to measures of structural robustness // Structure and Infrastructure Engineering. 2011. Vol. 7. P. 625-631.
22. Махутов Н. А., Резников Д. О. Соотношение между запасом прочности и вероятностью разрушения при однократных и серийных нагрузках//Проблемы анализа риска. 2014. Т. 11. № 1. С. 6-18.
23. Махутов Н. А., Резников Д. О. Анализ и обеспечение защищенности объектов критических с учетом рисков и предельных состояний//Проблемы безопасности и чрезвычайных ситуаций. 2012. № 5. С. 14-36.
