О междисциплинарном подходе к оценке техногенной безопасности



В последнее время все чаще становится известно об авариях, катастрофах, террористических актах, различных инцидентах. Особое место в этом ряду принадлежит инцидентам техногенной направленности. Из ранее опубликованных работ [1, 3, 4] видно, что существенная доля приходится, в том числе, на грузоподъемное оборудование, а ущербы от таких аварий и катастроф могут быть сопоставимы с валовым внутренним продуктом региона, а в отдельных случаях, и страны в целом. Оценка техногенной безопасности представляет собой достаточно насущную и актуальную проблему. Эта проблема требует новых подходов.

Оценка техногенной безопасности может быть произведена новыми методами с позиций классической теории вероятности и математического анализа и набирающей обороты нелинейной динамики и теории катастроф.

В качестве объектов исследования выбраны несущие конструкции металлургических мостовых кранов (сталь-ковши, разливочные, заливочные).

В этом случае выходит на первый план задача оценки конструкционной безопасности, которая, в конечном итоге, будет влиять на все параметры технологического процесса, качества и безопасности.

Обобщающее условие анализа и управления безопасностью можно представить в форме

[3](1)

R(t) — риск — сочетание вероятностей Р(t) – возникновения аварий и катастроф и ущербов U(t) от них; n_R — запас по рискам (n_R ≥ 1); R_c(t) — критический риск; Z(t) — затраты, связанные с формирующимися рисками R(t); m_Z — коэффициент эффективности затрат (m_Z ≥ 1).

Для выявления элементов или участков конструкции, которые определяют параметр Р(t), будем использовать метод преобразования вероятностей [2]. Определим закон распределения выходных параметров по известному закону распределения вероятностей входных параметров. Будем рассматривать следующие случайные величины, связанные функциональной зависимостью: уровень пластической (упругой) деформации и величина действующей нагрузки; статистические характеристики случайной величины У (выход) определяются как функции случайного аргумента Х (вход), если задан закон распределения Х, что позволит выявить больше характеристик процесса и позволит правильно определить контролируемый параметр.

Возвращаясь к исходным (входным) параметрам очень важно применять адекватные способы сравнения поведения математической модели и объекта. Здесь необходимо использовать функционалы от траектории, так называемых количественных характеристик хаоса. Важным здесь представляется вероятность обнаружения траектории в той или иной области — инвариантная мера динамической системы.

Несущая конструкция всегда подвержена равновесию, устойчивости и потере устойчивости — элементам, которые могут быть исследованы теорией катастроф. Для описания реальной конструкции вводим координаты системы которые будут представлять нагрузку, эксплуатационные дефекты и дефекты, возникающие при изготовлении элементов.

Для металлургических мостовых кранов основной причиной снижения несущей способности конструкции могут быть соответствующие динамические нагрузки. Такая система остается в локально устойчивом состоянии при нулевых и малых колебаниях до тех пор, пока кинетическая энергия не станет настолько большой, что система может перейти потенциальный барьер в другую равновесную конфигурацию.

Основная балка моста крана — конструкция, работающая на изгиб. Если малые нагрузки не вызывают деформации балки, то чрезмерные нагрузки могут привести к потере ею несущей способности — разрушению. Как определяющий параметр можно использовать критическую нагрузку. Равновесная форма такой балки при отсутствии нагрузки определится:

(2)

Вычисления ряда Фурье могут быть выполнены в бесконечномерном пространстве состояний, в котором переменными состояния являются его коэффициенты а. Дальнейшие рассуждения и расчеты приводят к выводу, что разрушение конструкции или потеря несущей способности происходят при превышении критической нагрузки.

Полученное теоретическое обоснование междисциплинарного подхода к оценке техногенной безопасности позволяет с известным уровнем допущения принципиально оценить риски, связанные с этим важным моментом конструкций.

Используя такие подходы, можно определить вероятность возникновения техногенных инцидентов и ущербов от них. По результатам дальнейших исследований можно провести расчеты и построить нормы рисков для определенного класса оборудования. Это позволит существенно влиять на обеспечение техногенной безопасности и управление ею.

Литература:

1. Бархоткин В. В., Извеков Ю. А., Миникаев С. Р. Обзор аварий на крановом оборудовании металлургических производств. // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. — Москва, РАЕ, 2013. — № 10–1. С. 9–11.

2. Бирюков М. П. Динамика и прогнозирующий расчет механических систем. // «Вышэйшая школа». — Минск, 1980. — 189 с: ил.

3. Извеков Ю. А. Анализ техногенной безопасности кранового хозяйства России. // Современные наукоемкие технологии. — Москва, РАЕ, 2012. — № 12. С. 18–19.

4. Извеков Ю. А. Прогнозирование надежности несущих конструкций кранов металлургических производств. Вопросы. Гипотезы. Ответы: Наука XXI века: Коллективная монография. — Краснодар, 2013. Книга 6, часть 3, глава 9. С. 189–211.