Расчет нагрузок от ударной волны

Введение

ФГОУ ВПО «ТЮМЕНСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ

Панель навигации

С помощью панели навигации можно быстро передвигаться по различным уровням модели, быстро менять виды. Можно задать быстрые клавиши для изменения вида. Виды подмоделей создаются автоматически, но также возможно добавить новые виды с помощью команды Add View. Можно передвигаться не только по различным уровням модели, но также быстро получать нужный масштаб какой – либо части модели.

УДК 629.76

Среда моделирования ARENA 5.0

Методические указания к выполнению лабораторных работ по курсу «Компьютерное моделирование» для студентов специальности 220400 «Программное обеспечение вычислительной техники и автоматизированных систем». – Томск: изд. ТПУ, 2003. – 12 с.

Составители: Саночкина Н.Г.

Рецензент: Замятина О.М.

Методические указания обсуждены на заседании кафедры Автоматики и компьютерных систем «____» _________ 2003 г.

Зав. кафедрой Г.П.Цапко

СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ»

КАФЕДРА БЕЗОПАСНОСТИ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ

Повышения устойчивости работы объектов сельскохозяйственного производства в условиях чрезвычайных ситуаций

Тюмень - 2008

УДК 541.15

Авторы – составители: доцент кафедры безопасности жизнедеятельности О.А.Мелякова, канд. техн. наук, старший преподаватель Г.В. Кучумова

Методические указания составлены на основе программы курса «Безопасность жизнедеятельности» для высших сельскохозяйственных учебных заведений, очной и заочной форме обучения для инженерных специальностей.

Изложены общие положения при оценке обстановки, складывающейся на территории сельскохозяйственных объекта в результате чрезвычайных ситуаций. Приведены основные направления по методике оценки радиационной обстановки на объекте, расчета нагрузок создаваемых ударной волной. Рассмотрены основные мероприятия по защите населения и повышению устойчивости объектов сельскохозяйственного производства.

Предназначены для выполнения расчетно - гафической работы по курсу «Безопасность жизнедеятельности» для инженерных специальностей.

Рекомендованы к изданию методической комиссией механико-технологического института ТГСХА.

Рецензент:

Высокие темпы внедрения достижений науки и техники в промышленность, энергетику, транспорт, сельское хозяйство и другие области человеческой деятельности привели к росту единичной мощности различных объектов и концентрации их на отдельных территориях. В связи с этим возрастают частота и мощность пожаров, взрывов при авариях и катастрофах на объектах экономики.

Многие аварии и катастрофы по своим последствиям сравнимы с воздействием современных военных средств поражения.

Надежных способов, избежать аварии и катастроф нет, но разработаны мероприятия, которые могут смягчить их, тяжелые последствия. Методические указания для выполнения расчетно-графических работ по безопасности жизнедеятельности в чрезвычайных ситуациях "Оценка устойчивости работы объектов экономики в условиях чрезвычайных ситуаций" предназначены для того, чтобы организовывать усилия студентов механико-технологического института по самостоятельному изучению наиболее сложных вопросов обеспечения безопасности жизнедеятельности в условиях радиоактивного заражения местности и других типов чрезвычайных ситуаций.

Расчетно-графическая работа включает четыре раздела. Раздел первый: «Расчет нагрузок, создаваемых ударной волной». Раздел второй:«Воздействие радиоактивного заражения местности на людей, животных, растения, постройки, корма и воду». Раздел третий: «Мероприятия по защите населения. Расчет противорадиационной защиты противорадиационных укрытий (ПРУ)». Раздел четвертый: «Мероприятия по повышению устойчивости объекта экономики сельскохозяйственного производства. Во втором разделе «Воздействие радиоактивных веществ на людей, животных, растения, постройки, корма и воду» следует изучить источники и характеристику радиоактивного заражения местности, деление радиоактивного загрязнения местности на зоны, законы спада уровня радиации, виды радиоактивных излучений, особенности воздействия изотопов йода, цезия и стронция на человека, здания, сооружения и технику, животных и растения. Привести основные характеристики приборов, с помощью которых производятся измерения доз радиоактивных излучений, уровней радиации, зараженности техники и объектов».

Разделам расчетно-графической работы может предшествовать небольшое, объемом в полстраницы, введение, где целесообразно привести случаи применения ядерного оружия и его испытаний, вероятность стихийных бедствий, аварий и катастроф, связанных с радиоактивным заражением местности, содержание задач гражданской обороны по ликвидации последствий стихийных бедствий, аварий, катастроф и в очагах массового поражения, а также по защите населения, повышению устойчивости функционирования объектов сельскохозяйственного производства.

Каждый из разделов содержит теоретическую и расчетную части. В теоретической части раздела необходимо раскрыть сущность вопросов раздела, перечень которых изложен ниже. Список литературы, рекомендованной для самостоятельного изучения перед написанием теоретической части разделов, содержится в приложении, расчетная часть выполняется на основании исходных данных, определяемых для каждого студента согласно его варианту. Номер варианта сообщается студенту преподавателем. В конце разделов можно сделать вывод, обобщающий сущность раскрываемого явления или расчета, соответствия результатов расчета принятым нормам или законам.

В первом разделе рассматриваются нагрузки, создаваемые ударной волной в результате взрыва емкостей со сжатым газом, взрыва газовоздушной смеси, воздушного и наземного ядерных взрывов, приводящие к разрушению зданий, сооружений, оборудования и т.д.

В результате разрушения объектов возникают чрезвычайные ситуации с соответствующими степенями разрушения, опрокидывания и смещения оборудования и установок.

Для принятия решений по проведению восстановительных работ на объектах, подвергшихся разрушению, необходимо провести оценку степени разрушения.

Методика расчета

1) Первый случай - взрыв емкости со сжатым газом

Тротиловый эквивалент

кг

(1)

гдеА - работа взрыва (работа газа при адиабатическом расширении).

кДж

(2)

где p₁ – начальное давление в сосуде, кПа;

V – начальный объем газа, м³;

р₂ – конечное давление в сосуде, кПа;

p₁=0,1 р₂;

m – показатель адиабаты; равное 1,4.

Безопасное расстояние от места взрыва для человека

,м

(3)

Безопасное расстояние, м, от места взрыва для жилой застройки

(4)

2) Второй случай - взрыв газовоздушной смеси

Избыточное давление при взрыве газовоздушной смеси,

кПа,

(5)

где m – масса горючего газа, кг;

H_т = теплота с горения, кДж/кг, равное 40*10³ кДж/кг;

р₀ – начальное давление, кПа, равное 101 кПа;

Z – доля участия взвешенного дисперсного продукта при взрыве, равное 0,5;

V_п – объем помещения, м³;

C – теплоемкость воздуха, кДж/кг, равное 1,01 кДж/кг;

ρ – плотность воздуха, кг/м³ , равное 1,29, кг/м³;

T₀ – температура в помещении, К, равное 300К;

R_н – коэффициент негерметичности помещения, равное 3.

3) Третий случай - ядерный взрыв и взрыв емкости

Избыточное давление, во фронте ударной волны наземного и воздушного ядерных взрыва, а также при взрыве емкости со сжатым газом

кПа

(6)

где R – расстояние от центра взрыва, м.

Степень разрушения объекта при воздействие ударной волны на здания, сооружения и т.д. оценивают по критерию физической устойчивости (полное, сильное, среднее, слабое), а на оборудования, установки и т.д. – по критерию опрокидывания смещения.

Степень разрушения производственных комплексов в зависимости от избыточного давления может быть оценена следующим образом.

Для промышленных зданий с металлическим или железобетонным каркасом при избыточном давлении ударной волны 50…60 кПа, то это– сильное разрушение; 40..50 кПа – среднее, 20…40 кПа – слабое;

Для кирпичного многоэтажного остекленного здания при избыточном давлении ударной волны 20…30 кПа, это сильное разрушение, 10…20 кПа – среднее, 8…10 кПа – слабое;

Для кирпичного одно- и двухэтажного здания с остеклением: при избыточном давлении ударной волны 25…35 кПа, это сильное разрушение, 15..25 кПа – среднее, 8…15 кПа – слабое.

Для приборных стоек при избыточном давлении ударной волны 50…70 кПа, то это – сильное разрушение, 30…50 кПа – среднее, 10…30 кПа – слабое.

Для антенных устройств при избыточном давлении ударной волны 40 кПа это – сильное разрушение, 20..40 кПа – среднее, 10…20 кПа – слабое;

Для открытых складов с железобетонным перекрытием: при избыточном давлении ударной волны 200 кПа, это – сильное разрушение.

Степень опрокидывания и смещения антенного устройства или приборной стоки определяют по величине скоростного напора.

Скоростной напор взрыва,

кПа

(7)

где р₀ – начальное атмосферное давление, кПа.

Допустимый скоростной напор взрыва, при опрокидывании антенного устройства или приборной стойки определяют:

Скоростной напор взрыва,

кПа

(8)

где р₀ – начальное атмосферное давление, кПа.

Допустимый скоростной напор взрыва, кПа, при опрокидывании антенного устройства или приборной стойки

кПа

(9)

где a и b – высота и ширина объекта, м;

m – масса объекта, кг;

C_x - коэффициент аэродинамического сопротивления;

S – площадь поперечного сечения приборной стойки, м².

Если скоростной напор взрыва больше допустимого значения при опрокидывании, то антенное устройство или приборная стойка опрокинется.

Допустимый скоростной напор взрыва при смещении антенного устройства или приборной стойки;

(10)

где k - коэффициент трения.

Если скоростной напор взрыва больше допустимого, то антенное устройство или приборная стойка сместится.

Объекты сельскохозяйственного производства отличаются друг от друга, как по характеру производства, так и по технологическому процессу и конструктивному решению. Поэтому оценка устойчивости объектов сельскохозяйственного производства имеет некоторые особенности. Критерием для определения устойчивости объектов сельскохозяйственного производства к воздействию ударной волны ядерного взрыва является величина избыточного давления, при которой элементы зданий, сооружений и инженерных коммуникаций либо сохраняются, либо получают слабые и частично средние разрушения при разной мощности и вида взрыва.

Оценку начинают с определения вероятной цели ядерного удара, его мощности и

Пользуясь данными таблиц 1 и 2, определяется величина вероятного избыточного давления на объекте воздействия. Если тротиловый эквивалент, не соответствует табличному, то неизвестную величину радиуса ударной волны можно определить с помощью закона подобия взрывов.

(11)

где R₁ - табличный (заданный (известный) радиус зон,

R₂ – расчетный радиус зон, км;

q₁ и q₂ - тротиловые эквиваленты мощности взрыва, кт.

При оценке устойчивости сооружений определяется наиболее уязвимые элементы и участки производственного комплекса, от которых зависит работа объекта. Данные о характере разрушений и повреждений в зависимости от величины избыточного давления во фронте ударной волны приведены в таблицах 1, 2, 3.

После оценки отдельных сооружений производственного комплекса оценивается объект в целом. При этом устойчивость комплекса определяется по тому зданию и сооружению, которое разрушается при наименьшем избыточном давлении.

Оценив устойчивость производственного комплекса, разрабатывают мероприятия, которые необходимо провести для повышения устойчивости наиболее уязвимых зданий и сооружений к воздействию ударной волны взрыва. При этом учитываются пределы повышения устойчивости каждого здания и строения.

Таблица 1 Расстояние, на котором наблюдается избыточное давление при разной мощности воздушного ядерного взрыва в километрах

Мощ ность взры ва, кт	Избыточное давление, кПа
	0,6	0,7	0,8	0,85	0,9	1,0	1,1	1,5	2,0	3,2
	0,8	0,9	1,0	1,1	1,2	1,3	1,4	2,0	2,7	4,5
	1,0	1,2	1,3	1,4	1,6	1,7	2,1	2,6	3,8	6,5
	1,2	1,4	1,5	1,6	1,8	1,9	2,5	2,9	3,4	7,9
	1,7	1,9	2,0	2,3	2,6	3,0	3,4	4,2	6,0	11,5
	2,2	2,4	2,7	3,0	3,3	3,6	4,3	5,3	7,5	14,3

Таблица 2 Расстояние, на котором наблюдается заданное избыточное давление при разной мощности наземного ядерного взрыва в километрах

Мощ ность взры ва, кт	Избыточное давление, кПа
	0,7	0,8	0,9	0,97	1,0	1,1	1,2	1,5	1,9	3,0
	1,0	1,1	1,2	1,25	1,3	1,4	1,5	2,0	2,6	4,2
	1,2	1,3	1,4	1,5	1,7	1,9	2,2	2,5	3,2	5,2
	1,5	1,6	1,7	1,8	2,0	2,2	2,6	3,0	3,8	6,4
	2,1	2,3	2,4	2,6	2,8	3,2	3,6	4,4	5,5	9,0
	2,9	3,0	3,4	3,5	3,6	4,0	4,5	5,4	7,0	11,2

Таблица 3 Величины избыточного давления, вызывающие разрушение различных построек и техники

Объем разрушения	Избыточное давление, вызывающее разрушение, кПа
полное	сильное	среднее	слабое
Здание с железобетонным каркасом		60-40	40-30
Здания кирпичные	50-30	30-20	20-12	12-8
Здания деревянные	30-20	20-12	12-8	8-6
Остекление зданий	Свыше 5	5-3	3-2	2-1
Подземный водопровод и канализация				600-150
Подземные кабельные линии
Подстанции трансформаторные и распределительные	100-70	60-40	40-20	20-10
Водонапорные башни кирпичные	100-60	60-40	40-20	20-10
Высоковольтные ЛЭП	-
Автомобили грузовые цистерны
Тракторы		70-60	60-40	40-30
Комбайны сеялки
Подвалы без усиления несущих конструкций

Порядок оценки устойчивости объекта к воздействию ударной волны

Пример оценки устойчивости объекта к воздействию ударной волны

Задача 1. В зависимости от мощности и вида ядерного взрыва следует согласно варианта определить расстояние, при котором имеет место избыточные давления, характеризующие границы очага ядерного поражения (ОЯП), зон слабых, средних, сильных и полных разрушений. На основе полученных сведений нужно строить в масштабе график зон ОЯП на формате А4 своего варианта.

Пример 1. Условие

Определяются из исходных данных границы ОЯП и радиусы зон разрушений после воздушного ядерного взрыва мощностью 1 Мт, строится график, делается вывод об устойчивости объекта к воздействию ударной волны. Для справки - после воздушного ядерного взрыва мощностью 100 кт радиус зоны полных разрушений составляет 1,7 км, радиус зоны сильных разрушений составляет 2,6 км, радиус зоны средних разрушений 3,8 км, радиус зоны слабых разрушений 6,5 км (см. табл. 1).

Радиус зоны слабых разрушений при воздушном ядерном взрыве мощность (q₁) 100 кт достигает (R₁) 6,5 км. Требуется определить радиус поражения (R2)ядерного взрыва при мощности (q₂)10 кт. Подставим известные значения в приведенную формулу (11)

Аналогично рассчитывают радиусы зон средних, сильных и полных разрушений. С учетом расстояния от цели до места расположения оцениваемого объекта производства разрабатывают мероприятия направленные на повышение устойчивости зданий и сооружений к воздействию ударной волны.

q₁₌ 10 кт R₂ /R_{1 =} ³ q _2/q₁

q₂= 100 кт 1,7/ R₁ =³ 100_/10

R _1полн = 0,79 км

R_2полн = 1,7 км R_1сильн = 1,2 км

R_2сильн= 2,6 км R _1сред = 1,76 км

R_2средн = 3,8 км R_1слаб = 3,02 км

R_2слаб = 6,5 км

R₁ -?

Дата добавления: 2017-02-01