Содержание к диссертации
Введение
1. Оценка современного состояния проблемы 9
1.1. Анализ общих теоретико-методологических основ и частных подходов к оценке характеристик живучести судов в ранее выполненных исследованиях 9
1.2. Постановка задачи исследования 13
2. Теоретические основы комплексного исследования живучести судов 16
2.1. Понятие живучести судна как одного из основных его эксплуатационных свойств 16
2.2. Представление судна как сложной системы в аспекте решаемой задачи 20
2.3. Геометрическая модель судна и использование ее для решения задач живучести 25
2.4. Комплексная проектная оценка живучести судна 27
2.4.1. Зависимости показателей живучести судна от исследуемых характеристик и формирование комплексного критерия 27
2.4.2. Постановка задачи обеспечения живучести судна как оптимизационной 32
Выводы по главе 36
3. Определение характеристик непотопляемости и остойчивости по врежденного судна на взволнованном море методом динамического моделирования 38
3.1. Анализ работ по теме 38
3.2. Определение элементов равновесного положения поврежденного судна 44
3.3. Расчет основных характеристик бортовой качки поврежденного судна 45
3.4. Оценка основных показателей поврежденного судна. Входные и выходные данные 51
4. Определение характеристик при разрушении судовых конструкций в результате столкновения 59
4.1. Общее описание задачи о столкновении судов и оценка на пряженно-деформированного состояния поврежденных конструкций 60
4.1.1. Постановка задачи 60
4.1.2. Уравнения движения 61
4.2. Методика оценки напряженно-деформированного состоянияударяемого судна 69
4.2.1. Расчетная энергия соударения судов 69
4.2.2. Расчетные характеристики материала конструкции корпуса, разрушаемой при соударении 70
4.2.3. Разрушение судовых конструкций, определение объемов разрушений 71
4.2.4. Анализ общей прочности тараненного судна 75
4.3. Алгоритм прогнозирования прочности судна, поврежденного в результате столкновения 76
Выводы по главе 78
5. Определение характеристик пожара для оценки пожаровзрывобе-зопасности судна 79
5.1. Анализ рассматриваемой проблемы. Постановка задачи 79
5.2. Математическая модель развития пожара в аварийном помещении 84
5.3. Моделирование распространения пожара по отсекам аварийного судна 97
5.4. Модель борьбы с пожаром 106
5.5. Определение пожарной нагрузки в помещениях судна на ранних стадиях проектирования 111
5.6. Организация вычислительного эксперимента для моделирования пожара 115
Выводы по главе 120
6. Определение функциональной способности судна в экстремальных ситуациях по фактору "Экипаж" 123
6.1. Анализ работ по теме 123
6.2. Модель оценки состояния аварийного судна в экстремальных ситуациях 130
6.3. Разработка алгоритма по оценке состояния поврежденного судна 135
6.4. Методика оценки состояния аварийного судна 139
7. Формирование методики комплексной оценки уровня живучести судов 145
7.1. Систематизация факторов живучести 145
7.2. Сопоставление разработанной методологии с подходами предшествующих исследований 147
7.3. Основные позиции комплексной оценки живучести 149
Заключение 157
Список использованных источников 160
Приложения 171
- Геометрическая модель судна и использование ее для решения задач живучести
- Определение элементов равновесного положения поврежденного судна
- Методика оценки напряженно-деформированного состоянияударяемого судна
- Моделирование распространения пожара по отсекам аварийного судна
Введение к работе
Работа посвящается разработке методологических основ комплексной оценки живучести судов в процессе их проектирования. Необходимость такой работы вызвана следующими основными причинами:
Статистический анализ безопасности мирового судоходства показывает, что аварийность судов все еще высока. Посадка судов на мель, их столкновение, тяжелые метеорологические условия часто приводят к аварийным ситуациям, при которых судно теряет непотопляемость, остойчивость, прочность, часто возникают пожары, хотя суда спроектированы строго по правилам Регистра.
Отсутствие единого подхода к оценке живучести судов. Более того, само понятие "живучесть судна" отсутствует в руководящих документах Регистра, тем более нет его комплексной оценки, хотя она входит основной составляющей в понятие обеспечения безопасности судна. Вопросу безопасности морских судов уделяется большое внимание, однако, она касается лишь исследования отдельных свойств ее составляющих (пожаробезопасность, непотопляемость, остойчивость, мореходность и т.п.). Существующие правила классификации и постройки морских судов регламентируют лишь требования к основным характеристикам и элементам вышеуказанных свойств в зависимости от назначения судна. Каких либо комплексных требований к обеспечению безопасности судна и, тем более, к его живучести правила Регистра не дают.
В современных экономических условиях высока цена принятия какого-либо технического решения при проектировании судов, особенно при выборе варианта вновь создаваемого судна. Оценка должна проводиться по всем основным его свойствам, уделяя особое внимание свойствам безопасности его эксплуатации.
7 Дать правильную комплексную оценку эксплутационной безопасности
судна можно лишь при наличии комплексного критерия, учитывающего
взаимовлияние основных показателей его свойств.
Это полностью относится и к такому свойству судна, как его живучесть.
Если безопасность судна достигается комплексом мероприятий (конструктивных и эксплутационных), обеспечивающих в максимальной степени отсутствие опасности его эксплуатации, то живучесть судна характеризуется аварийными параметрами как до, так и после восстановления его повреждения в результате аварии. Такой подход к живучести судна аналогичен оценке живучести боевого корабля, с той лишь разницей, что свойство живучести корабля проявляется после боевых повреждений, а судна - после навигационных. А раз так, то в методологическом плане подходы к оценке живучести корабля и судна должны быть идентичны.
В связи с вышеозначенным, цель работы - разработка методологических основ комплексной оценки живучести поврежденного судна по всем ее составляющим элементам в процессе выбора его проектных вариантов.
Для достижения поставленной цели в работе необходимо решить следующие основные проблемы:
разработка теоретических основ комплексного исследования живучести судов, включающих само понятие живучести, представление судна, как сложной системы, геометрическую модель судна, формирование комплексного критерия;
определение характеристик непотопляемости и остойчивости поврежденного судна с учетом взволнованного моря при динамическом моделировании;
определение характеристик при разрушении судовых конструкций с оценкой напряженно-деформированного их состояния при столкновении судов;
- определение характеристик пожара для оценки пожаровзрывобезопасно-
сти с учетом развития пожара по отсекам аварийного района;
- определение функциональной способности и оценка состояния аварийно
го судна в экстремальных ситуациях по фактору "экипаж".
Для выработки направлений исследований необходимо провести анализ общих теоретико-методологических основ и частных подходов к оценке характеристик живучести судна.
1. ОЦЕНКА СОВРЕМЕННОГО СОСТОЯНИЯ ПРОБЛЕМЫ
1.1. Анализ общих теоретико-методологических основ И ЧАСТНЫХ подходов к оценке характеристик живучести судов В РАНЕЕ выполненных исследованиях
Статистика мирового судоходства показывает, что аварийность флота, как морского, так и речного по-прежнему высока. Особенно это касается эксплуатации его в современных условиях, когда резко снизилась ответственность по соблюдению правил безопасности и профессиональной подготовки личного состава. В связи с этим, несмотря на прогресс в судовом оборудовании и техники навигации, посадка судов на мель, столкновения не являются редкими событиями. Насыщение судов энергоемким оборудованием, ошибки в действиях экипажа часто приводят к пожарам, взрывам к потерям непотопляемости и остойчивости. Кораблекрушения и аварии на море - явления не только объективные, но и в определенной мере неизбежные при современном уровне развития науки и техники.
Приведем примеры нескольких характерных аварий и катастроф на море.
В 1976 году танкер «Сансияма» водоизмещением 40 тыст., плававший под знаком Либерии, взорвался в гавани Лос-Анджелеса. Погибло 11 человек, более 50 человек получили ранения /1/.
У берегов Тобаго в 1978 г. столкнулись в результате неправильного маневрирования танкер "Эйджин Кэптэйн" (200 тыст) и танкер "Атлантик Экспресс" (275 тыс, т). В результате столкновения танкер "Атлантик Экспресс" взорвался и затонул 121.
В октябре 1970 г. в Бискайском заливе столкнулись на пересекающихся курсах западногерманский танкер «Дортмунд» и суданский танкер «Эрко-вит». В результате столкновения «Эрковит» получил ряд серьезных повреждений и был взят на буксир спасательным судном ФРГ «Ротесэнд». Во время
буксировки усилилось поступление волы через временно заделанные пробоины танкера. Течением и внезапно усилившимся ветром танкер был снесен на рифы у побережья Испании. Из пробоин, полученных при ударе о рифы, началась утечка нефти. Все попытки спасателей ликвидировать течь и снять судно с камней закончились неудачей. Штормом танкер разбит о рифы и погиб /3/.
31 августа 1986 г. п/х «Адмирал Нахимов» (17053 рег.т.) столкнулся с балкером «Петр Васев» (18604 рег.т.). Мощный бульб «Петра Васева» сделал пробоину в корпусе «Адмирала Нахимова» в районе машинного отделения. Размеры пробоины увеличивались из-за непогашенных скоростей столкнувшихся судов. В считанные секунды были затоплены машинное отделение и смежный отсек. Спустя 8 минут «Адмирал Нахимов» затонул. Жертвами катастрофы стали 423 человека.
Таким образом, безопасность мореплавания является важной и актуальной задачей.
Данной проблеме посвящен значительный ряд исследований и работ.
Проведем краткий анализ наиболее значимых из них, установив уровень современного состояния по решению рассматриваемой проблемы.
В работе /5/ на основе многочисленных примеров из отечественной и зарубежной практики мореплавания и ряда нормативных актов, таких как Международная конвенция по охране человеческой жизни на море 1974г. и Протокола 1978г. к ней. Международных правил предупреждения столкновений судов в море 1972г., рассмотрены причины кораблекрушении. В работе основной акцент сделан на правовые вопросы, связанные с судоходством. Какие-либо критерии безопасности или оценки технического совершенства не предлагаются.
Исследование 161 рассматривает вопросы предотвращения одного из наиболее опасных видов аварий морских судов - от потери остойчивости. Излагаются проблемы нормирования, контроля и обеспечения остойчивости в ходе эксплуатации. Показывается, что при определении опрокидывающего
момента в нормах остойчивости недостаточно учитываются характеристики морского волнения. Не учитывается также связь между скоростью ветра и волнением. В качестве расчетных ситуаций выбираются не самые трудные положения, поэтому в реальных условиях судно может оказаться даже при обычном шторме под действием сил, значения которых превосходят предусмотренные нормами величины.
Нормирование диаграммы статической остойчивости представляется автору 161 вполне обоснованным. Среди недостаточно изученных вопросов, связанных с нормированием остойчивости, в работе /6/ выделены:
уточнение действия ветровой нагрузки на судно;
разработка методов учета влияния воды, влившейся на палубу;
изучение резонансных явлений и особенностей качки судна с начальным креном и малым надводным бортом:
изучение поведения судна, особенно малого, на нерегулярном, в частности на разрушающемся волнении;
влияние элементов судна на его поведение при нахождении на гребне волны. Так слабо исследовано явление "боргинга" - внезапного разворота судна лагом к волне на попутном волнении;
уточнение влияния на остойчивость реального обледенения; близким к этому вопросу является увеличение массы палубного груза за счет намокания;
влияние на остойчивость подвижных незерновых грузов.
В монографии 111 систематически излагаются результаты отечественной инженерной теории непотопляемости. В ней комплексно учитываются проблемы непотопляемости судна, в частности, динамический крен и бортовая качка поврежденного судна. В монографии рассматривается вероятностный критерий, как вероятность непотопления судна.
Проблеме совместимости требований к остойчивости, непотопляемости и бортовой качке судов посвящено исследование /8/. Задача решается с помощью теории вероятностей и математической статистики, а также век-
12 торного представления нагрузки судна. Разработаны приемы, позволяющие
выполнить качественную и количественную (вероятностную) оценку совместимости требований к рассматриваемым качествам судна в процессе его проектирования, однако эта работа затрагивает проблему совместимости требований задания на проектирования. Оценка качества самого проекта с точки зрения его безопасности, а тем более, количественные оценки живучести, позволяющие ранжировать проектные варианты, отсутствуют.
Отсутствие критерия безопасности проекта, а также отсутствие экономических оценок работы спасательных судов, через которые, в конечном итоге, можно было бы получить такой критерий, отмечаются в работе 191.
Отдельную группу составляют работы, посвященные обзору и анализу катастроф и аварий судов определенных типов. Например, в работе /10/ рассмотрены аварии и катастрофы боевых кораблей после Второй мировой войны как в условиях локальных конфликтов, так и при несении службы в мирное время. Богатый фактический материал позволяет сделать вывод, что формы аварий в течение срока службы корабля или судна чрезвычайно разнообразны как по своим причинам, так и по последствиям. Необходимо учитывать защитные возможности корабля как технической, а точнее эргономической системы в комплексе. Однако и здесь попытка введения количественной меры безопасности отсутствует. В работах /10/ и /11/ рассмотрены аварии судов с динамическими принципами поддержания и подводных аппаратов соответственно. В первой из них показаны 234 различные аварии СВП и СПК, поведение судов и их техники, действия экипажей в аварийных ситуациях, то есть вопросы, относящиеся к проблеме системы «человек - море -техника» применительно к СДП. Вторая книга рассматривает аварии подводных аппаратов. В ней рассмотрены вопросы безопасности ПА и ее обеспечение через систему требований к отдельным элементам ПА. Комплексная оценка отсутствует.
Как видно из анализа, хотя вопросу безопасности морских судов уделяется большое внимание, однако оно касается в основном исследования лишь
13 отдельных ее свойств (пожаробезопасность, непотопляемость, остойчивость
и т.п.). Кроме того, существующими правилами классификации и постройки морских судов /12/регламентируются лишь требования к основным характеристикам и элементам вышеуказанных свойств в зависимости от назначения судна. Что касается безопасности судна в целом по комплексу параметров, то такое требование в Правилах Регистра отсутствует, нет вообще формулировки понятия безопасности судна, тем более, его живучести.
1.2. Постановка задачи исследования
Если к безопасности мореплавания подходить, например, как к безопасности дорожного движения, то ее можно характеризовать как комплекс мероприятий (конструктивных и эксплуатационных), обеспечивающих в максимальной степени отсутствие опасности /13/, приводящей к аварии при эксплуатации судов. Однако, два судна даже одного и того же назначения, получив аварийное повреждение, если предусмотренная безопасность «не сработала», могут иметь различные аварийные параметры как до, так и после восстановления повреждения, а следовательно, по разному выполнять свое предназначение с учетом последствий аварии.
Понятие безопасности не отражает свойства судна, проявляющиеся после аварийного повреждения, с учетом восстановления (полностью или частично) его эксплуатационных качеств.
В связи с этим, оставляя понятие безопасности судна как более общее понятие безопасности мореплавания, в работе вводится понятие живучести судна.
Под живучестью судна будем понимать способность судна противостоять аварийным повреждениям, восстанавливая и поддерживая при этом свои эксплуатационные свойства. Данное понятие созвучно живучести боевого корабля, которая имеет более чем вековую историю. Лишь в Большом энциклопедическом словаре 1997г. /13/ дается понятие живучести судна, в
14 других источниках; говорится только о живучести корабля. В БЭС-1997г. /13/
указано: «Живучесть судна, способность противостоять воздействию сил ветра и волн, пожаров, оружия противника, а при повреждениях - сохранять и восстанавливать (полностью или частично) мореходность и боевые качества. Важнейшие элементы живучести - непотопляемость и остойчивость судна». В каких-либо других нормативных документах понятие живучести судна отсутствует.
В соответствии с корабельным уставом ВМФ /14/ живучестью корабля называется «способность корабля противостоять боевым и аварийным повреждениям, восстанавливая и поддерживая при этом в возможной степени свою боеспособность».
Как видно, понятие живучесть судна и живучесть боевого корабля идентичны, отличие лишь в том, что свойства живучести проявляются на корабле после боевых повреждений, а на судне после навигационных.
А раз так, то и подходы к оценке живучести судов и кораблей должны быть идентичны. В связи с вышеизложенным, основной целью работы является разработка методологических основ комплексной оценки живучести судна по всем ее составляющим элементам в процессе проектирования, при обеспечении безопасности его эксплуатации.
Для решения поставленной цели в работе решены следующие задачи.
Теоретические основы комплексного исследования живучести судов.
Математическая модель судна и отображение решений задачи живучести судна.
Постановка задачи обеспечения живучести судна как оптимизационной.
Разработка критерия комплексной оценки живучести судна в целом.
Определение основных характеристик элементов живучести судна в динамике:
- по непотопляемости и остойчивости;
15 по разрушению судовых конструкций в результате столкновения;
по пожару и взрыву;
по функциональной способности судна в экстремальных ситуациях по
фактору личного состава.
ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ
Анализ работ в области обеспечения безопасности и живучести судов показал, что они направлены на решение отдельных частных задач и, в основном, на обеспечение безопасности. Отсутствует комплексная оценка как безопасности, так и живучести судна в целом. Это подтверждает актуальность работы и ее своевременное появление.
Введено понятие «живучести судна», как одного из основных свойств его безопасной эксплуатации.
Сформулированы основные научные направления для реализации комплексной оценки живучести судов.
2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ КОМПЛЕКСНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ ЖИВУЧЕСТИ СУДОВ
2.1 Понятие живучести судна как одного из основных его эксплуатационных свойств
Как уже указывалось в 1 главе работы, проявление такого свойства судна как живучесть имеет начало после его повреждения в период аварии. В работе рассматриваются только навигационные повреждения в период эксплуатации судна. Боевые повреждения, хотя и не рассматриваются в работе, однако разработанная методология может быть использована и при их рассмотрении. Характеризуя живучесть, как способность судна противостоять аварийным повреждениям, восстанавливая и поддерживая свои эксплуатационные качества, мы видим, что это одно из основных свойств судна при его эксплуатации.
В 1894г. С.О.Макаров впервые дал классификацию свойств боевого корабля. В этой классификации живучесть относится к оборонительным свойствам, наряду с неуязвимостью и непотопляемостью. Это относится и к обычному гражданскому судну. Например:
непотопляемость, аналогично боевому кораблю, - способность судна оставаться на плаву;
живучесть судна - способность продолжать функционировать по своему назначению, имея навигационные повреждения в различных его частях, в отличие от боевого корабля, который имеет боевые повреждения.
Не анализируя теорию живучести боевого корабля, приведем лишь современный взгляд на место живучести среди других свойств корабля (Рис. 2.1.)
Из анализа рис. 2.1. видно, что многие свойства и их элементы боевого корабля перекликаются со свойствами судна, характеризующими его боевую эксплуатацию.
Боеспособность
Эксплуатационные свойства
Рис.2.1. Место живучести среди других свойств корабля
Для полноты комплексной оценки безопасности эксплуатации судна и его живучести целесообразно ввести еще понятие о стойкости судна, рассматривая ее как способность судна сохранять свои характеристики в соответствии с установленными требованиями при воздействии ветра, волн и определенной величины внешних воздействий (удары от столкновений, посадка на мель и т.п.) в пределах заданных расчетных нагрузок. Стойкость как свойство судна проявляется при воздействии на нею внешней среды до момента получения судном повреждений, после чего в действие вступает другое свойство — живучесть.
Материальным обеспечением стойкости является конструкция корпуса судна, амортизация его технических средств. Материальным обеспечением живучести - средства по борьбе с водой, пожаром, по обеспечению функционирования технических средств в экстремальных условиях, по защите личного состава.
В принципе для судна характерно еще одно свойство - неуязвимость, материальным обеспечением которого являются различные навигационные системы и системы движительно-рулевого комплекса, обеспечивающие ма-
18 невренность для исключения воздействия внешних сил при уклонении от
аварийных ситуаций (посадка, на мель, столкновение с плавучими и стационарными сооружениями и т.п.).
Свойство неуязвимости судна, действуя до проявления свойства с той кости, то есть до момента воздействия на судно внешних сил.
Неуязвимость, стойкость и живучесть - эти свойства проявляются последовательно, переходят из одного в другое и влияют друг на друга. При проектировании судов необходимо в комплексе оценивать все эти свойства.
Рассмотрим с этой точки зрения гибель пассажирского судна «Титаник». Если бы «Титаник» был неуязвим, то не было бы столкновения с айсбергом. Произошло столкновение - сработало свойство «стойкость», но это свойство проявлялось до его повреждения, свойство живучести «Титаника» также было на низком уровне - он погиб.
Исходя из вышеизложенного, рис. 2.1 для судна, в части обеспечения живучести может быть представлен в виде рис. 2.2.
Функциональное назначение судна
Эксплуатационные свойства
Непотопляемость
Вэрывопожаро-аячиценностъ
Жеучесть оружия и теммчижк средств
Защищенность пмлго состава
Рис.2.2. Место живучести среди других свойств судна
Как указывалось ранее, данная работа посвящена комплексной оценке живучести судна. Такие свойства судна как неуязвимость и стойкость в работе рассмотрены только в постановочном плане. Так как понятие живучести
19 для судна является новым, раскроем содержание элементов и мероприятий
по ее обеспечению в принятых терминах.
Непотопляемость - способность судна оставаться на плаву и не опрокидываться при затоплении отсеков вследствие аварийных повреждений.
Взрывозащищенность - способность судна препятствовать возникновению и развитию взрыва, обеспечивать сохранность судовых конструкций и оборудования, предотвращать воздействие на личный состав опасных факторов взрыва.
Пожарозащищенность - способность судна препятствовать возникновению развитию пожара, обеспечивать сохранность судовых конструкций и оборудования, предотвращать воздействие на личный состав опасных факторов пожара.
Живучесть технических средств - способность судна сохранять и восстанавливать в возможной степени свои технические характеристики при аварийных повреждениях судна.
При этом необходимо акцентировать внимание именно на повреждениях судна, а не на самих технических средствах, ибо в последнем случае из рассмотрения выпадают обслуживающие коммуникации и системы (агрегатные, электроснабжение, вентиляция, охлаждение и т.д.).
Защищенность личного состава - способность судовых коллективных и индивидуальных средств защиты исключить или ослабить воздействие на личный состав поражающих факторов, возникающих при повреждениях.
Живучесть судна в целом и ее вышеуказанные отдельные элементы обеспечиваются (см. рис 2.2.) следующими основными мероприятиями:
Конструктивные мероприятия:
ограничение района разрушения при аварийных повреждениях;
недопущение расширения районов разрушения;
ликвидация разрушений и их последствий в кратчайшее время;
обеспечение восстановления частично или полностью основных эксплуатационных характеристик судна.
20 Вышеуказанные мероприятия, по существу, определяют теоретические
возможности личного состава по борьбе за живучесть судна.
Организационно-технические мероприятия:
обеспечение исправности и готовности к немедленному использованию всех средств борьбы за живучесть, т.е. конструктивных мероприятий;
подготовка личного состава к борьбе за живучесть;
обеспечение безопасности судна по каждому из элементов живучести (герметичности, взрывопожаробезопасности, недопущению аварийности технических средств).
Строго говоря, безопасность судна является его эксплуатационным свойством. Но недостаточная обеспеченность безопасности мореплавания часто приводит к аварийным повреждениям и необходимости борьбы за живучесть, а поэтому мероприятия по обеспечению безопасности часто относятся к живучести судна, но подменять их друг другом нельзя.
Действия личного состава являются завершающим мероприятием по обеспечению живучести судна.
Личный состав, состояние которого после аварии должно быть оценено, в ходе борьбы за живучесть реализует теоретические возможности, предоставляемые конструктивными мероприятиями, в реальную действительность с той или иной вероятностью. Степень этой реализации зависит от уровня подготовленности личного состава, сохранности и готовности к использованию средств борьбы за живучесть.
2.2 Представление судна как сложной системы в аспекте решаемой задачи
С учетом ранее изложенного представим понятие живучести судна как
сложной системы в следующей формулировке:
Живучесть системы "судно-экипаж" - это свойство системы противостоять воздействиям определенной интенсивности, сохранять необходимый уровень функционирования и восстанавливать пораженные элементы.
Содержание этого понятия в определенной степени отражает динамику проявления свойства живучести.
При воздействии на систему различных факторов как внешних, так и внутренних, определенной интенсивности, превышающей нормированную интенсивность, для условий нормальной эксплуатации системы, вначале проявляется свойство стойкости, если она недостаточна, то свойство сохраняемости элементов за счет избыточности или взаимозаменяемости.
Далее проявляется свойство восстанавливаемости системы, заключающееся в восстановлении работоспособности технических и энергетических элементов путем целенаправленной деятельности эргатических элементов. Описанная последовательность проявления составляющих свойств живучести является определенной идеализацией, удобной в методологическом отношении.
Задачу исследования живучести судна можно рассматривать в двух аспектах:
Исследование и оценка проектно-технических решений по конструктивному обеспечению живучести.
Оценки живучести судна и его эксплуатационных возможностей при определении технико-экономической эффективности проектируемого судна.
Решение задачи по первому варианту возможно в статической постановке, т.е. без учета фактора времени. Решение же задачи во втором варианте требует (в широком смысле) учета динамики повреждения судна и их последствий. Из разработанной в работе физической модели судна следует, что фактор времени может быть учтен:
при определении состояния судна в результате повреждений (столкновения);
в расчетах развития пожаров и их тушении;
в расчетах непотопляемости и при оценке возможностей восстановления остойчивости и спрямления поврежденного судна;
при определении возможностей частичного восстановления местной прочности поврежденного судна;
в оценке возможности восстановления вышедшего из строя оборудования.
Однако следует отметить, что в настоящее время не разработаны методы оценки воєнно- и технико-экономической эффективности как корабля, так и тем более, судна, в которых бы использовались показатели живучести, изменяющиеся во времени. Поэтому в данной работе разработана на основе системного анализа комплексная оценка живучести судна применительно в основном к статической постановке задачи, хотя отдельные ее элементы определены из учета фактора времени.
Используя принципы системного подхода, судно представляется как сложная система, состоящая из функционально связанных между собой подсистем различных уровней. Подсистемы корабля состоят из элементов.
В работе приняты следующие допущения:
Утрата судном основных свойств (взрыво- и пожаробезопасности, непотопляемости прочности, работоспособности личного состава), характеризующих живучесть, есть независимые события.
Каждый из элементов (комплексов) может находиться в одном из двух состояний: полностью работоспособным или полностью неработоспособным.
События выхода из строя элементов подсистем есть взаимно независимые события.
События попадания элемента подсистемы в зону повреждения и характер зоны повреждения - взаимно независимы.
Координаты района повреждения - независимые случайные величины.
23 6. Элементы подсистем представляются параллелепипедами со сторонами, параллельными координатным плоскостям.
Таким образом, в широком смысле модель определения критериев живучести судна предусматривает в каждом конкретном случае оценку воздействия аварийных ситуаций на судно последовательным решением следующих задач:
Определение места и условий аварии на судне - блок «район аварии".
Расчет размеров разрушений (либо их задание) и координат зон повреждения - блок "разрушение"
Определение состояния судна, его подсистем в зависимости от аварии - блок "состояние".
Расчет показателей элементов живучести блок "показатели".
Комплексная оценка живучести судка - блок "оценка".
Проведение анализа результатов исследований на предмет возможного восстановления эксплуатационных качеств - блок "анализ".
Если требуется сравнение альтернативных проектов, то проведение выбора предпочтительного - блок "альтернатива".
Вышеприведенное представлено на блок-схеме комплексного анализа живучести судна (рис. 2.3).
В целях изучения живучести и разработки методов ее исследования судно как сложная система должно быть представлено в виде подсистем различных уровней в соответствии с принятой иерархической структурой /15/.
В такой многоуровневой иерархической структуре судна понятие подсистем является центральным.
Вывод соотношений, определяющих взаимосвязь элементов судна внутри подсистем и подсистем друг с другом основывается на том, что подсистема, с одной стороны, сама является системой, содержащей некоторое количество элементов, а с другой стороны, она может быть элементом подсистемы вышестоящего уровня.
Рис.2.3. Блок-схема комплексного анализа живучести судна
Будем считать, что подсистема относится к «N» уровню иерархии тогда, когда она сама является элементом подсистемы «N-l»-ro уровня иерархии.
Тогда будем считать, что само судно в сложной, например, транспортной системе является подсистемой 1-го уровня иерархии, а само как система состоит из подсистем 2-го, 3-го и т.д. уровней иерархии.
В нашей задаче отнесем к подсистемам 2-го уровня:
подсистема обеспечения непотопляемости и остойчивости;
подсистема прочности;
подсистема взрывопожаробезопасности:
подсистема личного состава;
подсистема обеспечения управляемости и хода;
подсистема электроснабжения;
В зависимости от задач, стоящих перед судном, состав подсистем 2-го и других уровней может изменяться.
По степени влияния на эксплуатационные возможности, все его подсистемы можно разбить на две категории:
Подсистемы 1-ой категории непосредственно влияют и характеризуют эксплуатационные возможности судна (подсистема обеспечения управляемости и хода, подсистема электроснабжения, подсистема корпус и т.п.).
Подсистемы 2-ой категории свое влияние на эксплуатационные возможности судна оказывают через подсистемы 1-й категории (подсистемы обеспечения взрыво- и пожарозащищенности, непотопляемости, прочности и т.п.).
2.3. Геометрическая модель судна и использование ее в решении задач оценки живучести
Для определения эксплуатационных возможностей и живучести судна необходимо знать состояние подсистем судна в каждый момент (то есть текущее состояние подсистем).
Таким образом, состояние судна как сложной системы начинается с его декомпозиции на подсистемы в соответствии с принятой иерархической структурой, каждая из которых разбивается на подсистемы более низкого уровня. Процесс декомпозиции продолжается до получения подсистем такого уровня, именуемых в дальнейшем комплексами (или элементами), для которых становится возможным математическое описание их реакции на факт аварии /16/. Будем считать, что комплексы судна под воздействием факторов аварии могут находиться лишь в двух состояниях:
полностью работоспособном (не поражен):
в состоянии неработоспособности (поражен).
26 При формировании данных, связанных с расположением комплексов
на судне и описанием его архитектурного облика, примем в расчетах прямоугольную систему координат, жестко связанную с судном, началом которой служит точка О пересечения диаметральной плоскости судна (ДП) с основной плоскостью (ОП) и плоскостью, проходящей через мидель-шпангоут и нормальной к ДП (положительное направление - вверх).
В качестве основных элементов геометрической модели судна в работе используются:
корпус;
внутрикорабельные помещения;
модули размещения.
С точки зрения рационального использования ресурсов и удобства применения математического аппарата создания и манипулирования геометрическими элементами, геометрическая модель судна реализована в следующем виде:
поверхность корпуса";
Геометрическая модель судна и использование ее для решения задач живучести
Для определения эксплуатационных возможностей и живучести судна необходимо знать состояние подсистем судна в каждый момент (то есть текущее состояние подсистем). Таким образом, состояние судна как сложной системы начинается с его декомпозиции на подсистемы в соответствии с принятой иерархической структурой, каждая из которых разбивается на подсистемы более низкого уровня. Процесс декомпозиции продолжается до получения подсистем такого уровня, именуемых в дальнейшем комплексами (или элементами), для которых становится возможным математическое описание их реакции на факт аварии /16/. Будем считать, что комплексы судна под воздействием факторов аварии могут находиться лишь в двух состояниях: - полностью работоспособном (не поражен): - в состоянии неработоспособности (поражен). При формировании данных, связанных с расположением комплексов на судне и описанием его архитектурного облика, примем в расчетах прямоугольную систему координат, жестко связанную с судном, началом которой служит точка О пересечения диаметральной плоскости судна (ДП) с основной плоскостью (ОП) и плоскостью, проходящей через мидель-шпангоут и нормальной к ДП (положительное направление - вверх). В качестве основных элементов геометрической модели судна в работе используются: - корпус; - внутрикорабельные помещения; - модули размещения. С точки зрения рационального использования ресурсов и удобства применения математического аппарата создания и манипулирования геометрическими элементами, геометрическая модель судна реализована в следующем виде: - поверхность корпуса"; - разделительные поверхности; - модули размещения (в том числе и надстройки). Цифровое описание поверхности корпуса представляет в общем виде множество таблиц, каждая из которых, в свою очередь, представляет собой таблицу ординат теоретического чертежа для соответствующего сечения. Форма корпуса в каждом сечении задается с помощью координат Yy Zjj (і -номер сечения,] - номер точки на сечении). Корпус судна представляет собой пространственно и поверхностно многосвязную область, в которой имеется множество замкнутых герметизированных объектов (отсеков), которые образованы различными водонепроницаемыми конструкциями (наружная обшивка корпуса судна, поперечные и продольные переборки, палубы, платформы, второе дно). Таким образом, внутрикорабельные помещения определяются поверхностью корпуса и раз делительными поверхностями - переборками, палубами, стенками, платформами. Отсеки, образованные двумя рядом стоящими главными поперечными переборками, наружной обшивкой корпуса судна и открытой палубой, ограничивающей отсек сверху (верхняя палуба или палуба полубака), называются главными водонепроницаемыми отсеками (ГВО), ГВО делятся различными водонепроницаемыми конструкциями на более мелкие водонепроницаемые отсеки, называемые конструктивными отсеками. Модули размещения определяются описаниями из библиотеки геометрических описаний элементов размещения и координатами привязки в выбранной системе координат. ности эксплуатации судна показывает, что некоторые из них можно отнести к количественной оценке лишь отдельных, рассмотренных в работе ранее, элементов живучести судна без связи этих элементов между собой и с живучестью судна в целом /17/, /18/, /19/, /20/. Живучесть судна в целом можно оценить лишь комплексным критерием, который будет реагировать на все основные характеристики элементов живучести. Таким образом, комплексная оценка живучести судна сводится к многокритериальной задаче. Известно, что все методы многокритериальной оптимизации сводятся к скалярному синтезу. Это означает, что частные критерии объединяются в составной критерий, который в дальнейшем минимизируется либо максимизируется, что ведет к определенному субъективизму при получении "оптимального" решения. Строго говоря, оценка степени живучести судна характеризуется веро ятностью его поражения при аварии, аналогично боевому кораблю при воздействии оружия противника. Однако если в оценке живучести боевого корабля эта задача в определенном аспекте решается /21/, то для судна она даже не ставилась. В чисто методологическом плане аналогичную задачу можно поставить и для судна. С учетом принятых в разделе 2.3. характеристик двух состояний можно записать множество "поражение судна" в виде: где ЧПЭ - частичная потеря эксплуатационных свойств; ППЭ - полная потеря эксплуатационных свойств, Г - гибель судна. Основными свойствами, потеря которых приводит к гибели судна, являются непотопляемость, взрывопожаростойкость, прочность. Тогда множество Г может быть записано в виде: r={BvHvn}, (2.2.) где В - событие утраты взрывопожаростойкости, Н - событие утраты непотопляемости, П - событие утраты прочности. В свою очередь, категория ППЭ записывается как множество; nm = {rv3vXvK}, (2.3.) где Э - событие выхода из строя электроэнергетической системы судна, X -событие потери хода и управляемости, К - событие потери личного состава свыше предельно допустимого количества. Что касается ЧПЭ, то оно аналогично выражается: ЧПЭ = {4Bv4Hv4nv43v4Xv4K}, (2.4.) где ЧВ - событие частичной утери взрывопожаростойкости, ЧН - событие частичной утери непотопляемости, ЧП - событие частичной утери прочности, ЧК - событие частичной утери личного состава. Из (2.1.) - (2.4.) видно, чтобы оценить "поражение судна" необходимо знать вероятность появления вышеупомянутых событий В, Н, П, Э, X. Переходя к вероятностям, оценка свойств живучести судна при его аварии определяется следующими соображениями, Вероятность гибели: Вероятность полной потери эксплуатационных свойств: РППЭ= 1 - {[1 -Рлв]-[1 -РПН][1-Рпп] [1-Рпэ][1-Рлк][1 -Рпх]} (2.6.) Вероятность частичной потери эксплуатационных свойств, либо подлежащих восстановлению, либо частично ухудшающие основные характеристики судна: Рчпэ = 1 - {[1 -Рчв][1 -Рчн][1 -Рчп])[1 -Рч,][1 -Рчк][1 -Рчх]} (2.7.) где Ргв - вероятность гибели судна по причине взрывов и возникновения неликвидируемых пожаров при аварии судна, Ргн - вероятность гибели судна из-за утраты непотопляемости и мореходности, РГи - вероятность гибели судна из-за потери общей прочности, Рпв - вероятность полной потери судном эксплуатационных свойств от взрывов и пожаров, Рш, - вероятность полной потери судном эксплуатационных свойств из-за частичной потери непотопляемости, не приводящей к потоплению, РПТ) - вероятность полной потери судном эксплуатационных свойств из-за частичной утраты общей прочности, Рш - вероятность полного выхода из строя электроэнергетической установки, Рпх - вероятность полной потери судном хода и управляемости, Рпк - вероятность выхода из строя личного состава команды судна свыше предельно допустимого количества, Рчв - вероятность частичной потери судном эксплуатационных свойств от взрывов и возникновения пожаров, Рчн - вероятность частичной потери судном эксплуатационных свойств из-за частичной утраты непотопляемости,
Определение элементов равновесного положения поврежденного судна
Равновесное положение поврежденного судна в общем случае затопления отсеков должно удовлетворять системе трех уравнений равновесия. Однако на каждом этапе приближения можно принять допущение, что в пределах ожидаемых малых изменений посадки судно прямобортное, а затопленные отсеки прямостенные. При решении методом последовательных приближений общей пространственной задачи это допущение позволяет ограничиться двумя уравнениями равновесия, отнеся их не к исходной ватерлинии, а к ватерлинии, параллельной исходной, имеющей те же элементы, но удовлетворяющей уравнению вертикального равновесия. Будем считать, что наклонение происходит вокруг центра тяжести этой ватерлинии - равнообъем-ное.
При равнообъемных наклонениях судна от ватерлинии WL к новой ватерлинии равновесия WiLj система уравнений равновесия поврежденного судна может быть записана в предложенной В.Г. Власовым форме: 1. На основе каркасного описания корпуса проектируемого судна и данных о водонепроницаемых конструкциях - поперечных и продольных переборках, палубах - процедурой Pinfo (приложение 1) формируется каркасное описание отделений в виде файла для каждого отделения. Имя файла состоит из номера главного водонепро ницаемого отсека (ГВО), который образуется оболочкой корпуса и поперечными водонепроницаемыми переборками, номера отделения внутри ГВО. Данный номер состоит из двух составляющих - номер отделения, образованного внутри ГВО продольными переборками, и номер отделения образованного палубами. 2. Задаются характеристики повреждения корпуса - пробоины (табли ца Proboina). При этом задание значений абсциссы и аппликаты пробоины может быть реализовано двумя путями: явное задание или через закон распределения. Форма пробоины - круг задаваемого диаметра или прямоугольник с заданными сторонами. Процедурой Pinfo в качестве выходной информации формируется таблица Otdelenie, которая используется для определения факта попадания повреждения в район конкретного отделения на основе данных таблицы Proboina, считывание номера этого отделения для обращения к файлу с его каркасным описанием. 3. На основе данных о посадке и остойчивости неповрежденного суд на, характеристик пробоины, характеристик затапливаемых отсеков процедурой Nepotopl (приложение 3) определяются методом после довательных приближений характеристики посадки и остойчивости поврежденного судна. В данном расчете предусматривается опреде ление характеристик посадки и остойчивости поврежденного судна в каждый моделируемый момент времени. В соответствии с требования Регистра РФ (издание 1990 г.) к остойчивости поврежденного судна производится нормирование размеров повреждения (протяженности по длине судна 1/3L или 14,5 м, в зависимости от того, что меньше, по ширине 1/5В и по высоте неограниченно) с затоплением числа отсеков, оговоренных в специальных требованиях к судам. При этом элементы остойчивости судна должны соответствовать следующим характеристикам: - начальная метацентрическая высота не менее 0,05м; - угол крена при несимметричном затоплении не более 20; - диаграмма статической остойчивости должна иметь достаточную площадь участков с положительными плечами (30); - значение максимального плеча диаграммы в пределах указанной протяженности не менее 0,1м; - аварийная ватерлиния должна проходить, по крайней мере, на 0,3 м или 0,1+(L-10)/150 (берется меньшая величина) ниже отверстий в переборках, палубах и бортах, через которые возможно дальнейшее распространение воды; - для пассажирских судов Регистр допускает вход в воду палубы переборок или открытой палубы. Как видно из выше перечисленных требований они не учитывают условий качки поврежденного судна в условиях морского волнения. Однако опыт эксплуатации судов показывает, что в реальных морских условиях, получив какие-либо повреждения, они часто опрокидываются. В связи с этим встала задача оценки поврежденных судов в условиях морского волнения. С целью исследования влияния параметров поврежденного судна на гидродинамические характеристики бортовой качки (с учетом размеров пробоины, коэффициентов проницаемости отсеков, категорий затопленных отсеков, различных частот возмущающих сил, нелинейной зависимости восстанавливающего момента от угла крена и вида диаграммы остойчивости) рассмотрим бортовую качку поврежденного судна с частично затопленными отсеками в условиях регулярного морского волнения, взяв за основу модель /28/. На основе теоретических и экспериментальных исследований предложена расчетная методика для определения амплитуды бортовой качки, используемая в расчете скорости ветра, выдерживаемой поврежденным судном.
Методика оценки напряженно-деформированного состоянияударяемого судна
Методика предусматривает поэтапное вычисление основных параметров соударения. При вычислении энергии соударения судов примем следующие допущения: - Ударяемое судно неподвижно; - продольные оси судов находятся в одной плоскости; - район удара - борт в центральной части корпуса; - таранящее судно ударяет носовой оконечностью, характеризующейся высокой прочностью по сравнению с прочностью борта ударяемого судна; - удар неупругий; - учет курсового угла в момент столкновения ограничивается выделением части энергии соударения, формируемой за счет нормальной составляющей скорости. Энергия соударения судов определяется выражением: а - курсовой угол таранящего судна относительно ударяемого судна (90 градусов - суда расположены перпендикулярно друг к другу); g - ускорение свободного падения (м/сек2); Mt - масса таранящего судна (т); vt - скорость таранящего судна (узлы). Приведенные массы ударяемого судна учитывают присоединенные массы при горизонтальном перемещении и вращении относительно вертикальной оси knm - коэффициент присоединенных масс забортной воды при движении судна лагом; L - длина ударяемого судна (м); с - отстояние точки удара от центра масс ударяемого судна (м). Характеристикой предельных значений параметров материала разрушаемой конструкции (предела текучести при сжатии, временного сопротивления) является расчетный предел текучести, определяемый по формуле: Содержание задачи о разрушении судовых конструкций при столкновении связано с определением энергии, поглощаемой при ударе, и определении соотношений между объемом повреждений и энергией, необходимой для их образования. Механизмы разрушения корпусных конструкций при столкновении многообразны. При внедрении в борт ударяемого судна носовой оконечности таранящего судна происходит упругое и пластическое деформирование перекрытий и их разрушение. Основная часть энергии при столкновении расходуется на деформацию и разрушение пластин, а также перекрытий в целом вследствие поперечного нагружения, продольного изгиба и смятия, на деформацию и разрушение балок набора из-за изгиба или смятия. Для учета особенностей работы связей в составе перекрытий принимается, что: - деформации носовой оконечности таранящего судна малы по сравнению с деформациями бортовых конструкций ударяемого судна, и они не учитываются; - элементы конструкции сопротивляются внедрению форштевня с силой, пропорциональной величине опасной нагрузке этого элемента; - условная энергоемкость элемента конструкции ударяемого судна равна работе, производимой соответствующей опасной нагрузкой на пути, соот ветствующем глубине внедрения в конструкцию; - для отображения этого процесса носовая оконечность таранящего судна накладывается на поперечное сечение ударяемого судна, что соответствует взаимному положению судов в ходе столкновения; - энергия, потребная для разрушения конструкции, определяется как сумма энергий разрушения конструктивных элементов, попавших в зону разрушения. Энергия разрушения перекрытий, выполненных по продольной системе набора, определяется в зависимости от соотношения между глубиной повреждения и предельным прогибом конструкции, - глубина повреждения конструкции (м); - толщина пластин настила (обшивки) (см); - угол наклона к вертикали форштевня таранящего судна (град); - длина отсека между поперечными переборками (м). Энергия разрушения бортовых перекрытий, имеющих поперечную систему набора, определяется в зависимости от соотношения между глубиной повреждения и приведенной высотой твиндека (htg(P)). - упругую деформацию изгиба в горизонтальной плоскости ударяемого судна; - упругую деформацию сдвига в горизонтальной плоскости ударяемого судна; - разрушение элементов конструкции ударяемого судна; - разрушение элементов конструкции таранящего судна; - смещение (поступательное и вращательное) ударяемого судна. Значения величин составляющих энергии соударения существенно различаются между собой. Имеющиеся в настоящее время оценки /67/, /70/ свидетельствуют, что при существующих соотношениях жесткостей носовой оконечности таранящего судна и бортовых конструкций ударяемого судна можно пренебречь в силу малости составляющими энергии, расходуемыми на упругие деформации ударяемого судна и на разрушение носовых конструкций таранящего судна. Часть энергии на смещение ударяемого судна учитывается неявным образом при вычислении энергии соударения судов (см. выше). В результате для определения объемов разрушения ударяемого судна достаточно соотнести между собой энергию соударения судов и энергию разрушения конструктивных элементов ударяемого судна. Для чего следует построить явные зависимости энергии соударения судов от параметров движения (скорости и курсового угла) таранящего судна и энергии разрушения конструктивных элементов ударяемого судна от глубины внедрения носовой оконечности таранящего судна в бортовую конструкцию ударяемого судна. В результате устанавливается зависимость между параметрами движения таранящего судна и объемом повреждения тараненного судна. Производится оценка общей прочности ударяемого судна сразу после столкновения. По известному объему повреждений определяются жесткост-ные характеристики корпуса тараненного судна: момент инерции и моменты сопротивления относительно горизонтальной и вертикальной осей. Затем по традиционной схеме оценки общей прочности корпуса судна выполнятся расчет напряжений от общего изгиба во всех связях поврежденного корпуса с учетом редуцирования связей, теряющих устойчивость. Максимальные действующие напряжения сравниваются с допускаемым уровнем напряжений. На основании чего делается заключение об общей прочности поврежденного судна. Оценка возможности движения поврежденного судна в условиях волнения основывается на современном подходе к нормированию общей прочности корпуса судна в условиях волнения /72/, /73/. В нормативных документах регламентируются минимальные значения момента сопротивления и момента инерции. Для каждого района плавания существуют свои минимальные значения этих характеристик. Волновые нагрузки и волновые моменты вычисляются с помощью линейной теории качки, которая позволяет установить линейную зависимость расчетной высотой волны, волновым изгибающим моментом и, следовательно, между минимальными требуемыми значениями жесткостных характеристик корпуса судна. Расчетная высота волны для судов неограниченного района плавания согласно /73/ определяется в зависимости от длины корпуса. При ограничении района плавания используются редукционные коэффициенты для расчетной высоты волны (или волнового коэффициента) и минимального момента сопротивления. Таким образом, сопоставляя минимальный момент сопротивления поврежденного судна с исходным моментом сопротивления, умноженным на редукционный коэффициент ограничения района плавания, можно получить информацию о допустимых условиях волнения, при которых возможно движение поврежденного судна. Значения редукционных коэффициентов приведены в приложении.
Моделирование распространения пожара по отсекам аварийного судна
Учитывая специфику создаваемой модели, нас будет интересовать проблема распространения пожара в отсеки и выгородки, смежные с аварийным помещением. Пожар может распространиться в смежные помещения следующими путями: - проникновение факела пламени через отверстия, проемы и т.п.; - превышение температуры самовозгорания горючих сред на внешних поверхностях конструкций, ограждающих аварийное помещение; - потеря устойчивости и разрушение ограждающих аварийное помещение конструкций вследствие повышения температуры; - разрушение огнезащитных преград вследствие взрыва в аварийном помещении. На рассматриваемой стадии проектирования судна, как уже отмечалось выше, детальная информация о судовых помещениях отсутствует. Поэтому первый путь распространения пожара может быть смоделирован только с помощью вероятностного механизма. Для і-го помещения устанавливается вероятность Pj) возникновения пожара, если имеется пожар в смежном помещении. В принципе, эти вероятности могут быть разными, в зависимости от грани описывающего помещение параллелепипеда, через которую проникает факел пламени. Условие возникновения пожара формулируется как: где Р - значение, лежащее в интервале (0,1), полученное с помощью датчика случайных чисел. Вторая возможность распространения пожара по судну реализуется в виде выполнения неравенства: где t - температура окружающих аварийное помещение конструкций, полученная по формулам (5.30); t" - температура самовоспламенения пожарной нагрузки в смежном помещении. Условия распространения пожара вследствие потери механических свойств окружающих конструкций от повышенной температуры касается, в основном, конструкций из алюминиевых сплавов. Эти конструкции имеют низкую стойкость к тепловому воздействию пожара. Материалы, приведенные в /51/ свидетельствуют, что температура алюминиевой пластины толщиной 3-4 мм где ty - температура достижения нулевого значения предела текучести (400С для АМГ, 600С для стали /38/). Взрыв в аварийном помещении происходит, если температура в нем превышает температуру вспышки горючих паров или газов. Распространение пожара возможно в том случае, если давление во фронте ударной волны превышает давление, которое могут выдержать ограждающие помещение конст рукции. При моделировании внутренних взрывов вследствие судового пожара будем использовать содержащиеся в /52/, /53/, /54/. К основным параметрам, характеризующим разрушающую способность ударной волны, относятся избыточное давление и импульс взрыва. Важнейшими параметрами взрывной волны являются положительные і и отрицательные i удельные импульсы, определяемые как функции времени амплитуд избыточного давления, отнесенного к единице поверхноплотность газа; и - массовая скорость газа. Моделирование взрывов основано на закономерностях подобия, в основу которых может быть положен принцип «кубического корня», сформулированный впервые в 1915 г. Хопкинсом и, независимо от него, Кранцем в 1926 г. Этот принцип заключается в том, что если два заряда одного и того же ВВ одинаковой формы, но разного размера взрываются в одной и той же атмосфере, то подобные взрывные волны будут наблюдаться при одинаковом значении параметров расстояния: К = где R - расстояние от центра заряда; Е - полная энергия взрыва. Иное определение того же принципа: «подобные ударные волны образуются на тождественно равных приведенных расстояниях в тех случаях, когда два заряда одного и того же ВВ подобной геометрии, но различного размера детонируют в одинаковой атмосфере»: Для определения характера разрушений при взрывах жилых и промышленных зданий используется формула /19/: R = KWI/3 + 3180 W V (5.34) где К - показатель степени разрушения; R - расстояние до эпицентра взрыва, м; W - масса взрывчатого вещества в тротиловом эквиваленте. Соответствие между показателями степени разрушения, уровнем разрушения зданий и избыточным давлением во фронте ударной волны показаны в таблице 5.2. Преобразуем (5.34) так, чтобы получить зависимость показателя степени разрушения от расстояния и тротилового эквивалента: Индекс зоны разрушения Уровень разрушениязданий Избыточное давление, кПа Показатель К А Полное 70 3,8-5,6 В Тяжелое 33 5,6-9,0 С Среднее 25 9,0 - 28 D Разбито 90% остекления 4 28-56 Е Разбито 50% остекления 0,2 56 S Разбито 5% остекления 0,05 56 Аппроксимация данных в табл. 5.2. дает зависимость: к=- 14 (5.36) 0,42PjB25-0.05 где рув избыточное давление во фронте ударной волны, кПа. Используя (5.36) и подставляя в (5.35) значение К, получим функцию давления во фронте ударной волны в зависимости от расстояния и тротилового эквивалента:
