Принципы методов сопротивления материалов, строительной механики и теплотехники. Методы определения функций состояния систем. Статика твердого недеформируемого тела. Основные причины отказов (аварий и катастроф) систем в течение всего срока службы.
Краткое сожержание материала:

Размещено на

Принятые сокращения

CM - классическая механика;

CM' - механика сплошной среды;

ДФА - детерминированный факторный анализ;

ИСО - инерционная система отсчета;

ТД - термодинамика;

СС - степень свободы;

ЭД - энергодинамика;

НДС - напряженно-деформированное состояние;

НС - неравновесная система

IS - изолированная система.

Не обменивается со средой ни энергией, ни веществом, ни информацией. Действие среды заменяется дискретными значениями в заданный момент времени. Состояния IS равновесные глобальные.

CS - закрытая система.

Обменивается со средой только энергией. Состояние системы не вызывает ответных действий среды. Модель системы - детерминированная (функциональные). Состояния CS - локальные равновесные обратимые во времени.

OS - открытая система.

Обменивается со средой энергией, веществом и информацией. Модель системы стохастическая (корреляционная). Состояние системы неравновесное и необратимое во времени.



Введение

Анализ состояния систем и основные причины отказов, аварий и катастроф.

Рассматривается структура в составе:

- надсистема,- ансамбль систем, связанных общим функциональным назначением.

Введение термина надсистема связано с подводом к системе электрической и тепловой энергий от внешних независимых источников (магистралей). Внешние источники форм энергии предназначены для обеспечения видами форм энергии функционального назначения систем. Энергия внешних источников связана с выполнением и поддержанием заданных температурно-влажностных условий, освещением и обеспечением работы инженерного оборудования. Система (ансамбль) систем, помимо требований по объемам форм энергий, не оказывает влияние на источники энергии. Энергия, получаемая от источников, расходуется на выполнение полезной работы системы, на тепловые процессы, процессы тепломассообмена, химические и диссипативные процессы;

- система (целое, составленное из частей, соединение),- множество структур, находящихся в отношениях и связях друг с другом, которое образует определенную целостность, единство. В состав системы входят объекты (тела) и среды, контактирующие с объектами;

- подсистема, - часть системы, выделенная по определенному признаку, которая может изучаться самостоятельно и сама обладает системными свойствами.

В состав каждой подсистемы включается подсистема окружение, представляющая внешнее окружение подсистемы, влияющее на ее состояние.

- объект (предмет, тело искусственного происхождения), - то, на что направлена та или иная деятельность и создано деятельностью;

- среда, - вещество или вещества, заполняющее пространство и обладающее определенными свойствами;

-элемент, - часть объекта, обладающая определенными свойствами;

- воздействие (фактор) - передача вещества, энергии, информации или комбинаций компонентов в структуре надсистемы;

- нагрузка (фактор) - способ или предмет передачи энергии.



1. Анализ требований стандартов и нормативных документов

В стандартах и нормативных документах [1?3] рассматриваются нагрузки и воздействия окружающей среды, приводятся данные по видам нагрузок, классификации нагрузок и сочетания нагрузок.

Определение нагрузок и их сочетаний составлено с использованием положений детерминированного факторного анализа (ДФА) в виде:

- величин дискретного изменения факторов по климатическим зонам и влияние изменений факторов на изменение результата показателя (нормативные значения);

- влияния абсолютного изменения фактора на абсолютное изменение результатов показателя (расчетные значения и коэффициенты надежности);

- отношений величины изменения результативного показателя, вызванного изменением фактора, к базовой величине результативного показателя (сочетания);

- определения доли абсолютного изменения результативного показателя, вызванного изменением фактора в общем изменении результативного показателя (надежность, эффективность).

Факторы нагрузок и воздействий задаются дискретными значениями на основе модельных видов нагрузок по теоретическим упрощенным поверхностям тел. Факторы нагрузок и воздействий задаются в стационарном состоянии без учета изменения, влияния среды и времени.

Нормативные значения нагрузок определяются в зависимости от вида нагрузки:

- для нагрузок от собственного веса - по проектным значениям геометрических и конструктивных параметров и по средним значениям плотности;

- для атмосферных нагрузок (ветровой, снеговой, температурной, гололедной, волновой, ледовой и т.д.) по наибольшим значениям, включая динамические явления и динамические характеристики;

- для технологических нагрузок (массовые, температурные, колебательные) по наибольшим значениям с учетом неравномерности нагружения пространственной структуры объекта;

- для сейсмических, ударных и взрывных нагрузок и нагрузок, вызванных нарушениями технологического процесса по максимальным амплитудам в пределах упругой работы элементов и объекта в целом.

Факторы характеристики материалов определяются экспериментальными исследованиями или, для наиболее часто используемых материалов, по данным каталогов (сортаментов). Свойства материалов на циклические виды воздействий считаются постоянными, обратимыми во времени.

Факторы надежности [4?7] определяются предельными состояниями элементов и объекта в целом с учетом особых воздействий в течение срока службы. Предельные состояния определяются для систем в состоянии равновесия, когда выполняются экстремальные принципы, предсказывающие состояния, к которым может перейти система.

Экспериментально- теоретические исследования напряженно-деформированного состояния (НДС) элементов и объекта в целом, проведенные с использованием различных теорий [8,9] показали:

- методы, основанные на постулатах классической физики (механики), включая методы теории сооружений, теории оболочек и пластин, и методы теории упругости не дают точного характера изменений НДС. Методы могут использоваться в качестве нулевого или первого приближения для расчета объектов с использованием макроскопических переменных, дискретного состояния сред;

- наиболее полную картину НДС обеспечивают методы теории открытых систем.

Мощности подсистем (оборудования инженерного и эксплуатационного обеспечения) энергопотребления, выполняемые с использованием постулатов и положений теплотехники (термостатики), считаются постоянными для периода функционирования системы, а процессы взаимодействия подсистем и систем считаются обратимыми во времени [10].

Таким образом, требованиям факторного анализа удовлетворяют консервативные или закрытые системы. В большинстве случаев для упрощения процесса взаимодействия подсистем и систем принято считать, что среды рассматриваются в виде материальных воздействий на системы и структура и свойства сред не меняются при взаимодействии. Это позволяет рассматривать системы изолированного или закрытого типа для каждого из факторов нагрузок и воздействий.



2. Анализ существующих методов подхода к рассмотрению сложных систем

Существующие методы расчета сложных надсистем предполагают:

- надсистемы гомогенные (ансамбль однородных систем, химический состав и физические свойства которых во всех частях одинаковы или меняются непрерывно или неоднородная система без поверхностей раздела между частями).

Реальные рассматриваемые надсистемы - гетерогенные для каждой системы в составе надсистемы (ансамбль неоднородных, связанных друг с другом систем с поверхностями раздела между частями);

- надсистемы консервативные.

В каждой из систем ансамбля работа неконсервативных сил равна нулю и для составляющих ансамбль систем имеют место закон сохранения механической энергии. Консервативные системы в ансамбле рассматриваются в состоянии ТД равновесия.

Реальные рассматриваемые системы в составе надсистем неконсервативные (в системе действуют диссипативные силы и процессы, взаимодействие между подсистемами и телами в системе зависит от формы траектории и скорости). Примерами неконсервативных сил являются сила трения, сила сопротивления среды и т.д. Неконсервативные системы рассматриваются в неравновесном ТД состоянии. В случае неконсервативной системы часть энергии расходуется при деформации на нагревание тела, превращаясь в кинетическую энергию теплового (беспорядоченного) движения частиц тела.

Макросистемы - системы, в которых хаотическое поведение на микроуровне преобразуется в детерминированное на макроуровне.

Неравновесные системы (по И. Пригожину)[11] подразделяются на виды;

- локально равновесные или равновесные в локальном элементарном объеме ;

- стационарно неравновесные;

-...