Prezidium RAN po problemam bezopasnosti (Rukovoditel' rabochey gruppy)
Moskva, Moscow, Russian Federation
Russian Federation
Ensuring survivability, defined as the ability of the technical system in a damaged state, to carry out (in full or in part) their duties and avoid catastrophic damage, is an important element of the complex security problems technosphere objects. In this paper are considered the basic approaches to quantitative assessment of complex technical systems’ survivability taking into account that damage accumulation and fracture processes are developed along a broad range of the system’s scales: starting from the nano-scale level and up to the global structural level of the system. Three basic scales were single out from the entire spectrum of the system’s scales. These scales allow describe the system failure process. A set of indexes describing systems’ survivability at the specified above scale levels has been presented. The next basic approaches to quantitative assessment of complex systems’ survivability have been developed: approaches based on deterministic and probabilistic assessments of system’s residual strength after macro-defects initiation, as well as integral approaches based on risk assessment and on estimation of reducing of system’s key strength characteristics when its damage level has increased.
technical systems’ safety, strength, structural integrity, survivability, durability, different-scale models, damage, fracture
1. Введение
Безопасность сложных технических систем (далее — СТС) в значительной степени определяется их конструкционной прочностью и способностью сохранять свою структурную целостность при различных режимах нагружения. Различают два базовых подхода к обеспечению конструкционной прочности и структурной целостности СТС [1].
- Создание систем, которые способны функционировать при наличии локальных повреждений (принцип безопасности повреждения, англ. fail-safe design). При этом указанные локальные повреждения должны идентифицироваться в ходе проведения инспекций и устраняться путем ремонта и замены. Кроме того, создание подобных систем предполагает введение определенной избыточности (резервных связей), чтобы после возникновения локального повреждения имелся альтернативный путь передачи нагрузки и временной запас, необходимый для устранения повреждения.
- Создание систем, практически гарантированных от возникновения критических локальных повреждений в течение установленного срока эксплуатации (принцип безопасного ресурса, англ. safe-life design).
1. Makhutov N. A., Permyakov V. N., Akhmetkhanov R. S., Reznikov D. O., Dubinin E. F. Analiz riskov i obespechenie zashchishchennosti kriticheski vazhnykh ob´´ektov neftegazokhimicheskogo kompleksa. Uchebnoe posobie dlya studentov vysshikh uchebnykh zavedeniy. Tyumen´, 2013.
2. Makhutov N. A., Reznikov D. O. Ispol´zovanie stsenarnogo analiza dlya otsenki prochnostnoy nadezhnosti slozhnykh tekhnicheskikh sistem//Problemy mashinostroeniya i avtomatizatsii. 2015. № 1. S. 4-13.
3. Makhutov N. A., Petrov V. P., Reznikov D. O., Kuksova V. I. Identifikatsiya opredelyayushchikh parametrov ugroz, uyazvimosti i zashchishchennosti kriticheski vazhnykh ob´´ektov po otnosheniyu k prevaliruyushchim ugrozam prirodnogo tekhnogennogo i terroristicheskogo kharaktera//Problemy bezopasnosti i chrezvychaynykh situatsiy. 2008. № 2. S. 34-41.
4. Reznikov D. O. Sposoby kompensatsii neopredelennostey pri obespechenii zashchishchennosti slozhnykh tekhnicheskikh sistem i optimizatsii zatrat ikh zhiznennogo tsikla//Problemy mashinostroeniya i avtomatizatsii. 2013. № 3. S. 57-64.
5. Makhutov N. A., Reznikov D. O. Uchet ugroz, svyazannykh s chelovecheskim faktorom, pri otsenke zashchishchennosti opasnykh proizvodstvennykh ob´´ektov//Bezopasnost´ truda v promyshlennosti. 2015. № 1. S. 60-67.
6. Makhutov N. A. Prochnost´ i bezopasnost´. Fundamental´nye i prikladnye issledovaniya. Novosibirsk, 2008.
7. Matvienko Yu. G. Modelirovanie i kriterii razrusheniya v sovremennykh problemakh prochnosti, zhivuchesti i bezopasnosti mashin// Problemy mashinostroeniya i nadezhnosti mashin. 2014. № 3. S. 80-89.
8. Matvienko Yu. G. Razvitie modeley i kriteriev razrusheniya v sovremennykh problemakh prochnosti i zhivuchesti//Vestnik nauchno-tekhnicheskogo razvitiya. 2014. № 7 (83). S. 9-19.
9. Makhutov N. A., Petrov V. P., Reznikov D. O. Otsenka zhivuchesti slozhnykh tekhnicheskikh sistem. Problemy bezopasnosti i chrezvychaynykh situatsiy. 2009. № 3. S. 47-66.
10. Burov A. E. Otsenka zhivuchesti konstruktsii krepleniya kryshki gidroturbiny v avariynoy situatsii//Vestnik Sibirskogo gosudarstvennogo aerokosmicheskogo universiteta. № 4. 2012. S 10-14.
11. Lepikhin A. M., Moskvichev V. V., Doronin S. V. Nadezhnost´, zhivuchest´ i bezopasnost´ slozhnykh tekhnicheskikh sistem. Vychislitel´nye tekhnologii. 2009. Tom 14, № 6. S. 58-70.
12. Doronin S. V. Raschety zhivuchesti pri proektirovanii mashinostroitel´nykh konstruktsiy//Tyazheloe mashinostroenie. 2008. № 7. S. 9-12.
13. Cavaco E., Casas J. R., Neves L., Huespe, A. Robustness of corroded reinforced concrete structures - a structural performance approach. Structure and Infrastructure Engineering. 2013.9(1): pp.42-58.
14. Makarov P. V., Eremin M. O. Model´ razrusheniya khrupkikh i kvazikhrupkikh materialov i geosred. Fizicheskaya mezomekhanika. 2013. T. 16, № 1. S. 5-26.
15. Abrosimov N. V., Ageev A. I., Adushkin V. V. i dr. Bezopasnost´ Rossii. Pravovye, sotsial´no-ekonomicheskie i nauchno-tekhnicheskie aspekty. Nauchnye osnovy tekhnogennoy bezopasnosti. Moskva, 2015.
16. Makhutov N. A., Reznikov D. O., Zatsarinnyy V. V. Dva tipa stsenariev avariy v slozhnykh tekhnicheskikh sistemakh//Problemy bezopasnosti i chrezvychaynykh situatsiy. 2014. № 2. S. 28-41.
17. Bol´shakov A. M., Zakharova M. I. Opredelenie vozmozhnykh stsenariev vozniknoveniya, razvitiya i veroyatnosti realizatsii avariynykh situatsiy na rezervuarakh dlya khraneniya nefti i nefteproduktov pri nizkikh temperaturakh ekspluatatsii//Problemy analiza riska. 2012. T. 9. № 3. S. 22-33.
18. Makhutov N. A., Petrov V. P., Akhmetkhanov R. S., Dubinin E. F., Dvoretskaya T. N. Osobennosti stsenarnogo analiza vozniknoveniya i razvitiya tekhnogennykh katastrof. Problemy bezopasnosti i chrezvychaynykh situatsiy. 2007. № 3. S. 3-28.
19. Lind N. C. Vulnerability of damage-accumulating systems. Reliability Engineering & System Safety, 1996. 53(2), 217-219.
20. Baker J., Schubert M., Faber M. On the assessment of robustness. J. Structural Safety. 2007. Vol. 30. P. 253-267.
21. Starossek U., Haberland M. Approaches to measures of structural robustness. Structure and Infrastructure Engineering. 2011. Vol. 7. P. 625-631.
22. Makhutov N. A., Reznikov D. O. Sootnoshenie mezhdu zapasom prochnosti i veroyatnost´yu razrusheniya pri odnokratnykh i seriynykh nagruzkakh//Problemy analiza riska. 2014. T. 11. № 1. S. 6-18.
23. Makhutov N. A., Reznikov D. O. Analiz i obespechenie zashchishchennosti ob´´ektov kriticheskikh s uchetom riskov i predel´nykh sostoyaniy//Problemy bezopasnosti i chrezvychaynykh situatsiy. 2012. № 5. S. 14-36.
