CC BY
16Список литературы
1. И. Дубровин. Износ электросетевой инфраструктуры в России. Масштабы и перспективы, 26 ноября 2017г.
2. StatNet. Arasstatistikk 2007-2016. Available at: http://www .statnett. no/Kraftsy stemet/Nedlastings senter/Feilstatistikk.
3. Council of European Energy Regulators. CEER Benchmarking Report 6.1 on the Continuity of Electricity supply: Data update. Issued by Council of European Energy Regulators ASBL. Brussels: CEER.
4. Li Wang. The Fault Causes of Overhead Lines in Distribution Network / MATEC Web of Conferences 61, 02017 (2016).
APOP2016//DOЫ0.Ш51/matecconf/20166Ш APOP2016, 2017:1-5.
5. Наумов И.В., Карпова Е.Н. Анализ причин повреждаемости распределительных электрических сетей 10 кВ (На примере Южных электрических сетей г. Иркутска)/ Надежность и безопасность энергетики, 2018, том 11; (4): 299-304.
6. Кабашов Владимир Юрьевич. Повышение надежности сельских воздушных линий электропередачи 10 (6) кВ в условиях воздействия ветровых и гололедных нагрузок /автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук. Москва, 2012.
ИССЛЕДОВАНИЕ НАДЕЖНОСТИ СРАБАТЫВАНИЯ ЛЕГКОСБРАСЫВАЕМЫХ КОНСТРУКЦИЙ НА ОСНОВЕ СОТОВЫХ ПОЛИКАРБОНАТНЫХ ЛИСТОВ
Подгорецкий Ю.Ю.
Адъюнкт Черкаського института пожарной безопасности имени Героев Чорнобыля Национального университета гражданской защиты Украины
RESEARCH OF THE ACTUATION RELIABILITY OF BLAST RELIEVE SYSTEMS WITH HONEYCOMB POLYCARBONATE SHEETS
Pidhoretsky Yu.
Adjunct of Cherkasy Institute of Fire Safety named after Chernobyl Heroes of National university of civil
protection of Ukraine
Аннотация
В статье описываются результаты исследования поведения легкосбрасываемых конструкций с ограждением на основе сотовых поликарбонатных листов, зафиксированных в полихлорвиниловых оконных профилях, под воздействием взрыва. Для математического описания воздействия взрыва на легкосбрасы-ваемые конструкции с гибким ограждением был применен подход на основе уравнений статического равновесия и теории пластинок и оболочек. При этом получены математические соотношения, позволяющие проектировать легкосбрасываемые конструкции на основе упрощенной инженерной методики. Для проверки адекватности результатов, полученных с применением предложенного математического описания, было проведено моделирование механических систем на основе дифференциальных уравнений механики и уравнений напряженно-деформированного состояния твердых тел с использованием метода конечных элементов для аппроксимации уравнений. Для использования численных алгоритмов такого подхода применен программный код компьютерной системы LS-DYNA. Результаты сравнения данных, полученных с применением разработанной методики с данными, полученными с применением математического моделирования при помощи метода конечных элементов, показали, что данные разработанной методики являются достаточно точными. На основе разработанного подхода была изучена надежность срабатывания легкосбрасываемых конструкций с гибким ограждением из сотовых поликарбонатных листов и выявлены условия их раскрытия с учетом конструкционных параметров секций данных легкосбрасываемых конструкций. Проведенные исследования позволили разработать эффективные методики конструирования секций легкосбрасыаемых конструкций с гибким ограждением на основе сотовых поликарбонатных листов
Abstract
The article describes the results of a study of the relief venting systems behavior with a fence based on polycarbonate honeycomb sheets fixed in PVC window profiles under the influence of an explosion. An approach based on static equilibrium equations and the theory of plates and shells was applied to mathematically describe the impact of an explosion on easily ejected structures with flexible fencing. At the same time, mathematical relationships have been obtained that make it possible to design the relief venting systems based on a simplified engineering technique. To check the adequacy of the results obtained using the proposed mathematical description, we simulated mechanical systems based on the differential equations of mechanics and the equations of the stressstrain state of solids using the finite element method to approximate the equations. To use the numerical algorithms of this approach, the program code of the LS-DYNA computer system is used. The results of comparing the data obtained using the developed technique with the data obtained using mathematical modeling using the finite element method showed that the data of the developed technique are quite accurate. On the basis of the developed approach, the reliability of the operation of the relief venting systems with a flexible fence made of honeycomb polycarbonate sheets was studied and the conditions for their deployment were identified, taking into account the
structural parameters of the sections of these relief venting systems. The research carried out made it possible to develop effective methods for designing sections of the relief venting systems with flexible fencing based on polycarbonate honeycomb sheets.
Ключевые слова: легкосбрасываемые конструкции, взрыв, надежность раскрытия, сотовые поликарбонатные листы, напряженно-деформированное состояние, метод конечных элементов
Keywords: relief venting systems, explosion, reliability of disclosure, polycarbonate honeycomb sheets, stress-strain state, finite element method.
В соответствии с действующими в нормах [1] помещение взрывоопасных помещений категорий А и Б должны быть устроены защитными легко-сбрасываемыми конструкциями (ЛСК). По требованиям стандартов необходимая площадь ЛСК должна определяться расчетным образом. В качестве перспективного конструктивного решения ЛСК рассматривается использование гибких ограждающих элементов, устанавливаемых в стандартные оконные профили из поливинилхлорид-ного полимерного материала, поскольку они могут быть многократно использованы после их удаления из рам под влиянием взрыва. Примером таких элементов могут быть сотовые поликарбонатные листы (СПЛ). При внедрении данной конструкции ЛСК должны быть изучены основные закономерности их поведения в условиях взрыва, и определить условия их надежного срабатывания.
В результате проведенного анализа данных научных исследований показано, что обеспечение безопасности по взрывам в помещениях промышленных зданий с соответствующими технологическими процессами, где обращаются взрывоопасные вещества, имеет большое значение и требует эффективных проектных и конструктивных решений [2 - 4]. При внедрении технических решений по защите зданий и сооружений от взрыва существует методика расчетов взрывостойкости зданий при внутреннем дефлаграционном взрыве газовоздушных смесей [1]. Достаточно эффективная методика проектирования ЛСК приведена в техническом кодексе, действующего в Республике Беларусь ТКП 45-2.02-38-2006 (02250) [5]. Существуют зарубежные стандарты в данной области, например, стандарт США NFPA 68 [6], стандарт Великобритании BSEN 14491 2012 [6], также ряд монографий, публикаций, диссертаций [7] и др., в которых рассмотрены вопросы взрывозащиты помещений взрывоопасных производств с применением данных конструкций.
Целью данной работы является разработка математического описания процесса раскрытия проемов легкосбрасываемых конструкций с гибкими ограждающими элементами и валидация результатов расчета с применением данной методики при помощи математического моделирования на основе метода конечных элементов. Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
- сформулировать основные гипотезы о поведении гибкого элемента ЛСК в условиях взрыва и разработать расчетные схемы гибких элементов ЛСК;
- записать основные математические уравнения и создать методику по определению основных конструктивных параметров ЛСК с гибкими элементами;
- сформулировать основные положения по математическому описанию поведения СПЛ ЛСК в условиях взрыва и создать методику математического моделирования СПЛ ЛСК в условиях взрыва на основе приближения общих дифференциальных уравнений динамики и напряженно-деформированного состояния с помощью метода конечных элементов и использованием кода компьютерной системы LS-DYNA;
- по результатам расчета изучить точность и достоверность данных, полученных с помощью созданного математического описания.
При решении задачи анализа силового взаимодействия в элементе ЛСК, состоящий из гибкого элемента (ГЭ) и оконного профиля, где он должен быть закреплен были сформулированы основные предположения и гипотезы относительно данной системы в виде следующих положений.
1. При силовом воздействии на элементы ЛСК на основе ГЭ в оконном профиле данной конструкции происходят только упругие деформации.
2. Материал ГЭ является однородным и изотропным и описывается эффективными механическими характеристиками.
3. Сила трения между уплотнителями закрепляющего узла и поверхностью ГЭ является постоянной и независимой от скорости движения поверхности ГЭ и их деформации.
4. При анализе силового взаимодействия собственный вес ГЭ не учитывается.
5. При анализе силовой задачи все нагрузки считаются статическими, то есть инерционные характеристики материала не учитываются.
6. Поперечные деформации ГЭ считаются гораздо меньше их габаритных размеров и не влияют на результаты определения данных деформаций в условиях силового воздействия избыточного давления взрыва.
7. При деформации ГЭ считается, что он подвергается только чистому изгибу без присутствия дополнительных продольных деформаций растяжения или сжатия.
8. Критерием срабатывания элемента ЛСК считается достижение перемещений концов ГЭ в направлении наименьшего размера проема.
Для математического описания процесса деформирования СПЛ зафиксированного в оконных проемах ЛСК использованы расчетные схемы, показанные на рис. 1.
~ у
а. б.
Рисунок 1 - Расчетные схемы деформирования сотовых поликарбонатных листов в секциях легкосбра-сываемых конструкций: а - для расчета критического перемещения края СПЛ в замках оконного профиля; б - для описания силового взаимодействия.
w
тах
Используя расчетные схемы, показанные на гласно работе [8] было получено выражение на ос-рис. 1, и теорию упругих пластинок и оболочек со- нове уравнения статического равновесия СПЛ,
имеющее вид:
-1
q ■a
■ a ■ b - ^a ^Ь
16
XI
m=0 n=0
(2m+l)+(2n+l) (-1) + 1
(2m + l)(2n + ife12 + (2^1)2'
(1)
2q
тр
bww„
2 2 2 VV a +Л Wm ax
■ +
anw„
fb
2 2 2 + Л wm ax J
= 0.
Здесь до - избыточное давление взрыва, Па; а -наименьший габаритный размер проема секции, м; Ь - наибольший габаритный размер проема секции, м; Б - эффективный параметр жесткости СПЛ, Н-м; т = 1, 3, 5, 7,...; п = 1, 3, 5, 7,... - нечетные целые числа
Параметры Б и Wmаx определяются экспериментально.
Для анализа поведения ЛСК на основе СПЛ используется приближения общих дифференциальных уравнений динамики и напряженно-деформированного состояния с помощью метода конечных элементов. При этом эффективно использование кода компьютерной системы LS-DYNA при реализации соответствующих численных алгоритмов. Для описания процесса, происходящего во время деформирования СПЛ, в замках стандартного оконного профиля используются соответствующие математические модели. При этом результатом такого численного эксперимента может быть информация о полном (частичном) раскрытии ЛСК или их не раскрытии. Соответствующий математический аппарат позволяет постановку задачи с учетом всех особенностей деформирования системы. При формулировке задачи были применены следующие положения и гипотезы.
1. Для моделирования процесса деформирования СПЛ в стандартном оконном профиле применяется метод конечных элементов в реализации расчетов за явным методом.
2. Для реализации расчетов применены пла-нарные конечные элементы (КЭ) по схеме Беличко - Цая [8], включающие интегрирование по толщине по 5 внутренним точкам.
3. СПЛ моделируется как неоднородная структура с воспроизведением каждой стенки сот, которые соответствуют их реальной конфигурации.
4. Материал СПЛ является изотропным нелинейно деформируемым по билинейной диаграмме типа диаграммы Прандтля.
5. При решении задачи должна быть учтена геометрическая и физическая нелинейность с имеющимися процессами трения краев СПЛ в замках стандартного оконного профиля.
6. В качестве критерия полного срабатывания ЛСК принимается полный выход краев СПЛ за края пластины, которая моделирует замки стандартного оконного профиля. Если происходит частичный выход, или выхода не происходит - то считается, что ЛСК не сработала.
На рис. 2 показана геометрическая конфигурация расчетной области, включая СПЛ и обобщенную поверхность моделирует замок стандартного оконного профиля.
При проведении расчетов должна быть учтена физическая нелинейность. В таком случае применяется модель материала, в основе которой лежит диаграмма деформирования. Диаграмма деформирования поликарбоната является типичной диаграммой деформирования полимеров и имеет вид, приведенный на рис. 3.
Сотовый_
полшкарбонатний лист
Элемент замка^ стандартного оконного профиля
а. б.
Рисунок 2 - Геометрия расчетной области для моделирования поведения поликарбонатного сотового листа в замках стандартного оконного профиля в условиях взрыва: а - геометрическая схема; б - конструктивная схема.
ст, МПа
80 60 40 20
О1-*-*-ь
0 0.05 0.1 0.15
Рисунок 3 - Диаграмма деформирования поликарбоната. В табл. 1 приведены основные параметры модели механических свойств поликарбоната [9].
Таблица - 1.
Механические характеристики поликарбоната
Модуль упругости, Е, МПа Танг. модуль упругости участ. пласт., Et, МПа Объемный модуль упругости, Еь, МПа Модуль сдвига, G, МПа Коэффициент Пуассона, V Предел текучести, СТ0, МПа
2271 50 3785 811.1 0.4 70
Согласно данному типу выбранного конечного элемента была построена конечно-элементая схема поликарбонатного сотового листа в замке стандартного оконного профиля. Построенная конечно-элементная схема приведена на рис. 4.
I КЭ, моделирующие замок оконного профиля (абсолютно жесткая стенка)
Рисунок - 4. Конечно-элементная схема сотового поликарбонатного листа вместе с замком стандартного оконного профиля.
На рис. 5 приведены распределения перемещений в направлении, перпендикулярным к поверхности СПЛ толщиной 4 мм.
Рисунок - 5. Распределения перемещений по направлению, перпендикулярным к поверхности сотового
поликарбонатного листа толщиной 4 мм.
Из рис. 5 видно, что полное открытие СПЛ из замков оконного профиля происходит в момент времени 0.16 с.
Аналогичные расчеты были проведены для СПЛ 6 мм и 8 мм при минимальных геометриче-
ских размерах проема согласно рис. 2. При проведении данных расчетов было приложено давление взрыва, которое изменялось по зависимостями от времени, приведенным на рис. 6.
p, кПа т
20-
10-
0
t, c
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5
Рисунок - 7. График изменения давления взрыва в зависимости от времени с различными значениями избыточного давления взрыва.
Конечным результатом расчета было определение условий полного открытия проема с СПЛ. В табл. 2 приведены данные об относительном проценте СПЛ, которые полностью открылись.
Данные об открытии сотовых поликарбонатных листов в условиях взрыва с минимальными размерами проемов
Таблица - 2
Максимальное давление взрыва, МПа
2.5
5
7.5
10
12.5
20
30
Количество полностью раскрытых СПЛ толщиной 4 мм, %
100
100
100
100
100
100
100
Количество полностью раскрытых СПЛ толщиной 6 мм, %
100
100
100
100
100
100
100
Количество полностью раскрытых СПЛ толщиной 8 мм, %
93.3
100
100
100
100
100
100
Выводы. Учитывая проведенные исследования можно сделать следующие выводы. Было разработано математическое описания поведение СПЛ под воздействием взрыва на основе уравнения статического равновесия. Данные, полученные в результате расчета, показали, что все СПЛ с минимальными размерами полностью раскрылись, кроме одного случая для СПЛ толщиной 8 мм для максимального избыточного давления 2.5 кПа. Это совпадает с результатами, полученными по упрощенной модели, и свидетельствует об адекватности разработанных математических моделей и рекомендаций. Для обеспечения нормального открытия ЛСК с СПЛ можно рекомендовать не использовать СПЛ толщиной 8 мм для ЛСК, которые применяются для защиты от избыточного давления взрыва не более 2.5 кПа, или их применение должно быть дополнительно обоснованно или с помощью эксперимента, или в результате расчета.
Список литературы
1. ДСТУ Б В.1.1-36:2016 Визначення категорш примщень, будиншв, установок за вибухопо-жежною та пожежною небезпекою.
2. Pozdieiev, S., Nuianzin, O., Sidnei, S., Shchipets, S. Computational study of bearing walls fire
resistance tests efficiency using different combustion furnaces configurations (2017) MATEC Web of Conferences, 116, art. no. 02027, . DOI: 10.1051/matec-conf/201711602027.
3. Nekora, O., Slovynsky, V., Pozdieiev, S. The research of bearing capacity of reinforced concrete beam with use combined experimental-computational method (2017) MATEC Web of Conferences, 116, art. no. 02024, . DOI: 10.1051/matecconf/201711602024.
4. Пилюгин Л.П. Конструкции сооружений взрывоопасных производств. М.: Стройиздаг, 1988. 315 с.7
5. ТКП 45-2.02-38-2006 (02250). Конструкции легкосбрасываемые. Правила расчета. Минск: Министерство архитектуры и строительства Республики Беларусь, 2006. - 27 с.
6. NFPA 68. Standard on Explosion Protection by Deflagration Venting. 2013 Edition.
7. BS EN 14491:2012. Dust Explosion Venting Protective Systems.
8. Hallquist, J.O.: LS-DYNA Theory Manual, Livermore Software Technology Corporation: California, USA 2005.
9. Sarva, S.S.; Boyce, M.C. Mechanics of polycarbonate during high-rate tension. J. Mech. Mater. Struct. 2007, 2, 1853-1880.
STATISTICAL ANALYSIS OF VULNERABILITIES IN MODERN SOFTWARE
Popova O.,
Associate professor of the department of the information systems and programming of the institute of computer systems and information security of the Kuban state technological university
Totukhov K.,
Associate professor of the department of the information systems and programming of the institute of computer systems and information security of the Kuban state technological university
Kushnir N.,
Senior lecturer of the department of the information systems and programming of the institute of computer
systems and information security of the Kuban state technological university
Reznichenko L.,
Student of the department of the information systems and programming of the institute of computer systems
and information security of the Kuban state technological university
Yatskevich E.
Student of the department of the information systems and programming of the institute of computer systems
and information security of the Kuban state technological university
Abstract
This article presents a statistical analysis of the vulnerabilities of modern software. The vulnerabilities were analyzed by error types and CVSS severity. The actual task of the security service of any organization is to protect against external and internal threats. During attacks, cybercriminals use means and methods to penetrate the infrastructure, anchor in it and hide the traces of attacks. Stages of attacks are carried out through the exploitation of
