Safety in Technosphere Safety in Technosphere Безопасность в техносфере 1998-071X 7985 10.12737/14431 Промышленная безопасность Industrial safety Промышленная безопасность Methodical Features Analysis of Damage Accumulation and Achievement of the Ultimate State of Objects Under Combined Impacts of Multiparameter Force Factors and Environment Методические особенности анализа накопления повреждений и достижения предельных состояний объектов при комбинированных многопараметрических воздействиях силовых факторов и среды Щербаков С. С. Shcherbakov S. С. Богданович А. В. Bogdanovich A. В. Сосновский Л. А. Sosnovskiy L. А. Ахметханов Р. С. Akhmetkhanov R. С. Зацаринный Владимир Васильевич Zatsarinnyy Vladimir Васильевич v.zatsar@mail.ru Резников Д. О. Reznikov D. O. mibsts@mail.ru

кандидат технических наук;

candidate of technical sciences;

 Махутов Николай Андреевич Makhutov Nikolay Andreevich safety@imash.ru

доктор технических наук;

doctor of technical sciences;

 Юдина О. Н. Yudina O. Н. Институт машиноведения Российской академии наук Россия Mechanical Engineering Research Institute of the Russian Academy of Sciences Russian Federation Институт машиноведения им. А.А. Благонравова Российской академии наук Institute of Machines Science named after A.A.Blagonravov of the Russian Academy of Sciences Президиум РАН по проблемам безопасности Россия Президиум РАН по проблемам безопасности Russian Federation 25 08 2015 25 08 2015 4 4 24 31 https://zh-szf.ru/en/nauka/article/7985/view

В статье предлагается новый методический подход, связанный с комплексным анализом достижения повреждений и предельных состояний материалов и элементов конструкций в условиях многопараметрических воздействий на них различного рода нагрузок и среды с учетом изменения напряженно-деформированного состояния, свойств материала и кинетики повреждаемости деталей, а также фактора времени. Накопление повреждений предлагается рассматривать как многоуровневый анализ, объединяющий группу микро-, мезо- и макромасштабов, и анализировать его в вероятностной постановке. При оценке степени поврежденности предлагается использовать метод вариации эффективного модуля упругости и метод, основанный на анализе изменения матрицы жесткости при модельных исследованиях. Рассматриваются вероятностные матричные методы описания сценариев достижения предельных состояний, которые предусматривают построение матрицы макроуязвимости, матрицы мезоуязвимости и вектора угроз.

The paper proposes a new methodological approach, coupled with complex analysis of reaching damages and limit states of materials and structural elements under multi-parameter actions of various kinds of loads and the environment, taking into account changes in the stress-strain state, material properties and the kinetics of components damageability as well as time factor. We propose to consider damageaccumulation as a multi-level analysis, uniting a group of micro, mesoand macroscales and analyze it in probabilistic setup. During the damageextentestimation we invite to use the method of modulus of rupture variationand a method based on the analysis of changes in stiffness matrix in model studies. Also in this regard, are considered the probability matrix methods of scripting to achieve the ultimate states, which provide construction of macro- vulnerability matrix, mezovulnerability matrix and vector of threats.

 предельное состояние накопление повреждений многопараметрическое нагружение уязвимость разрушение. limit state damage accumulation multiparameter loading vulnerability fracture.

1. Постановка проблемыВ процессе функционирования объектов техносферы их несущие конструкции, детали подвергаются непрерывным повреждающим и разрушающим воздействиям с постоянным ухудшением их технического состояния. Это обусловлено воздействием технологических и внешних эксплуатационных нагрузок и ряда факторов окружающей среды, которые носят случайный характер [1, 3]. Данные воздействия и факторы ведут к возникновению и накоплению в элементах конструкций, деталях машин и оборудования различных видов повреждений d(τ) (износ, усталость, физическое старение, появление и рост трещин и др.). Достигнув критического уровня, накопленные в результате процесса эксплуатации повреждения приводят к нарушению работоспособного состояния оборудования, выработке и исчерпанию ресурса и, как следствие, к чрезвычайным ситуациям (отказам, авариям и катастрофам).

Махутов Н.А. Прочность и безопасность. Фундаментальные и прикладные исследования. Новосибирск: Наука, 2008. Makhutov N.A. Prochnost´ i bezopasnost´. Fundamental´nye i prikladnye issledovaniya [Strength and safety. Basic and applied research]. Novosibirsk, Nauka Publ., 2008. Безопасность России. Правовые, социально-экономические и научно-технические аспекты. М.: МГОФ «Знание», 1998-2015. Bezopasnost´ Rossii. Pravovye, sotsial´no-ekonomicheskie i nauchno-tekhnicheskie aspekty [The safety of Russia. Legal, socio-economic and scientific-technical aspects]. Moscow, MGOF «Znanie» Publ., 1998-2015. Девисилов В.А. Об уникальности российских техногенных катастроф // Безопасность в техносфере. 2009. № 5. С. 3-6. Devisilov V.A. Ob unikal´nosti rossiyskikh tekhnogennykh katastrof [On the uniqueness of the Russian technogenic disasters]. Bezopasnost´ v tekhnosfere [Safety in technosphere]. 2009, I. 5, pp. 3-6. Махутов Н.А. Критериальная база прочности, ресурса, надежности, живучести и безопасности машин и человеко-машинных комплексов // Проблемы машиностроения и надежности машин. 2013. № 5. С. 25-36. Makhutov N.A. Kriterial´naya baza prochnosti, resursa, nadezhnosti, zhivuchesti i bezopasnosti mashin i cheloveko-mashinnykh kompleksov [Criterion base of strength, resource, reliability, survivability and safety of machines and human-machine systems]. Problemy mashinostroeniya i nadezhnosti mashin [Journal of Machinery Manufacture and Reliability]. 2013, I. 5. Сосновский Л.А. Механика износоустойчивого повреждения. Гомель: БелГУТ, 2007. Sosnovskiy L.A. Mekhanika iznosoustoychivogo povrezhdeniya [Mechanics wear-resistant damage]. Gomel, BelGUT Publ., 2007. Махутов Н.А., Ахметханов Р.С., Дворецкая Т.Н., Юдина О.Н. Накопление провреждений при многофакторном нагружении и оценка вероятности возникновения аварии // Проблемы безопасности и чрезвычайных ситуаций. 2011. №5. С. 52-63. Makhutov N.A., Akhmetkhanov R.S., Dvoretskaya T.N., Yudina O.N. Nakoplenie povrezhdeniy pri mnogofaktornom nagruzhenii i otsenka veroyatnosti vozniknoveniya avarii [Accumulation of damage during multivariate loading and evaluation of the probability of an accident]. Problemy bezopasnosti i chrezvychaynykh situatsiy [Safety and emergencies problems]. 2011, I. 5, pp. 52-63. Макаров П.В., Еремин М.О. Модель разрушения хрупких и квазихрупких материалов и геосред // Физическая мезомеханика. 2013. Т. 16, №1. С. 5-26. Makarov P.V., Eremin M.O. Model´ razrusheniya khrupkikh i kvazikhrupkikh materialov i geosred [Model fracture of brittle and quasi-brittle materials and geomedia]. Fizicheskaya mezomekhanika [Physical Mesomechanics]. 2013, V. 16, I. 1, pp. 5-26. 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. Makhutov N.A., Reznikov D.O., Zatsarinnyy V.V. Dva tipa stsenariev avariy v slozhnykh tekhnicheskikh sistemakh [Two types of accident scenarios in complex technical systems]. Problemy bezopasnosti i chrezvychaynykh situatsiy [Safety and emergencies problems]. 2014, I. 2, pp. 28-41. Махутов Н.А., Резников Д.О. Использование сценарного анализа для оценки прочностной надежности сложных технических систем // Проблемы машиностроения и автоматизации. 2015. №1. С. 5-13. Makhutov N.A., Reznikov D.O. Ispol´zovanie stsenarnogo analiza dlya otsenki prochnostnoy nadezhnosti slozhnykh tekhnicheskikh sistem [Use scenario analysis to evaluate the strength reliability of complex technical systems]. Problemy mashinostroeniya i avtomatizatsii [Engineering and Automation Problems]. 2015, I. 1, pp. 5-13.