Россия
Президиум РАН по проблемам безопасности (Руководитель рабочей группы)
Москва, г. Москва и Московская область, Россия
В статье рассмотрены особенности детерминированных и вероятностных подходов к оценке статической прочности элементов сложных технических систем, позволяющие определить показатель прочностной надёжности, характеризующий вероятность отказа (повреждения) элемента системы при заданных режимах нагружения и запасах. Если при детерминистском подходе оценка прочности (запасы прочности по пределам текучести, прочности, длительной прочности или ползучести) обычно дается по средним значениям эксплуатационных воздействий и характеристик механических свойств, то в вероятностном расчёте вышеуказанные расчётные параметры приобретают вероятностную природу и характеризуются соответствующим рассеянием значений. Это позволяет вычислить заданный запас для установленной вероятности. Приведены расчётные формулы и описана общая схема определения вероятности разрушения элемента, базирующаяся на использовании в расчётах кривых плотности распределения действующих напряжений и несущей способности элемента конструкции. На основе изложенных положений приведены расчётные примеры изменения вероятности разрушения и запасов прочности по пределу прочности для ряда отраслей техники.
детерминированные и вероятностные подходы, прочность, надёжность, статические характеристики, коэффициент запаса.
1. Постановка проблемы
Большинство аварий и катастроф на объектах техносферы, вызываемых природными и техногенными факторами, в своем сценарии имеют нарушение условий прочности при переходе от штатных ситуаций к аварийным. В связи с этим разработка проблем прочности очень важна для обеспечения техногенной безопасности ответственных конструктивных элементов.
В фундаментальных исследованиях и прикладных разработках проблем прочности, ресурса и надёжности сложных технических систем для установления области допустимых безопасных состояний используются детерминированные (детерминистические, детерминистские), статистические и вероятностные подходы и критериальные характеристики. В соответствии с общепринятыми нормативными документами в детерминированных подходах предельные нагрузки, напряжения и деформации уменьшаются в некоторое число раз, определяемое коэффициентом запаса n. Например, для достижения заданных условий функционирования при детерминированном подходе в оценках статической прочности и устойчивости при нормативном расчёте в условиях действия механических нагрузок (напряжений) величина n cоставляет 1,5–3 (при расчётах по пределам текучести и прочности). Поверочная оценка статической прочности обычно выполняется с использованием более широкого набора кратковременных или длительных механических характеристик прочности, пластичности, упрочнения по данным испытаний в соответствии с государственными или отраслевыми стандартами или техническими условиями.
Если с изменением температуры, времени или числа циклов происходит существенное изменение физико-механических свойств материалов, то оно обязательно должно учитываться при оценке прочности, ресурса и надёжности по различным критериям.
1. Вейбулл В.А. Усталостные испытания и анализ их результатов. - М.: Машиностроение, 1964.
2. Freudenthal A.M., Gumbel E.J. Distributions functions for predictions of fatigue life and fatigue strength//Intern. Conf. Fatigue Metals. - L., 1956. - Р. 262-271.
3. Стрелецкий Н.С. Основы статистического учета коэффициента запаса прочности сооружений. - М.: Стройиздат, 1947.
4. Ржаницин А.Р. Расчёт сооружений с учётом пластических свойств материала. - М.: Стройиздат, 1954.
5. Серенсен С.В., Когаев В.П., Шнейдерович Р.М. Несущая способность и расчет деталей машин на прочность. - М.: Машиностроение, 1975.
6. Болотин В.В. Статистические методы в строительной механике. - М.: Стройиздат, 1966.
7. Биргер И.А., Шорр Б.Ф., Шнейдерович Р.М. Расчёт на прочность деталей машин. Справочное пособие/ Под общей ред. докт. техн. наук И.А.Биргера. - Изд. 2-е, испр. и доп. - М.: Машиностроение, 1966.
8. Когаев В.П. Расчеты на прочность при напряжениях, переменных во времени. - М.: Машиностроение, 1977.
9. Иосилевич Б.Г. Детали машин. - М.: Машиностроение, 1988.
10. Махутов Н.А. Прочность и безопасность: Фундаментальные и прикладные исследования. - Новосибирск: Наука, 2008.
11. Статические закономерности малоциклового разрушения / Н.А.Махутов, В.В.Зацаринный, Ж.Л. Базарас и др. - М.: Наука, 1989.
