Определение предела устойчивости и радиуса функционирования базового элемента, оборудованного электроприводом

 

Под физической устойчивостьюпонимают способность сооружения противостоять воздействию внешних нагрузок в чрезвычайной ситуации. Эта способность является свойством сооружения, которое зависит от его размеров, конструктивных и других параметров и не зависит от каких-либо внешних факторов. К таким параметрам, например, относятся: жесткость конструкции, наличие фундамента, закрепление элементов, материал, масса и положение центра тяжести, размеры элементов и их конфигурация, площадь опоры, расстояние между опорными частями и др.

Например, при одних и тех же внешних нагрузках наибольшим разрушениям подвергаются многоэтажные жилые здания без каркаса с несущими стенами из кирпича, панелей и блоков. Наибольшие нагрузки выдерживают массивные промышленные здания с металлическим каркасом и внутренним крановым оборудованием большой грузоподъемности, для которых устраиваются несущие колонны, что делает конструкцию здания более жесткой и прочной.

Большие внешние нагрузки выдерживает верхнее строение железнодорожного пути, имеющее жесткую конструкцию (соединение балластного слоя, шпал и рельсов), незначительное возвышение над поверхностью земли и малый коэффициент аэродинамического сопротивления.

Среди различных видов железнодорожного подвижного состава наибольшей устойчивостью к воздействию внешних нагрузок при взрывах обладают четырехосные незагруженные платформы (малые размеры при значительной массе), груженые цистерны (малый коэффициент аэродинамического сопротивления) и локомотивы. Наименее устойчивыми являются пассажирские вагоны и крытые порожние грузовые вагоны (значительные размеры и относительно малая масса).

Предел устойчивости — предельное значение избыточного давления во фронте воздушной ударной волны, соответствующее нижней границе средних разрушений, при превышении которого сооружение получает среднее разрушение и его дальнейшее функционирование невозможно.

Предел устойчивости транспортных, технических средств, станочного оборудования и аппаратуры определяется расчётом на опрокидывание при воздействии на них давления скоростного напора воздуха. Считается, что при опрокидывании указанные технические средства получают деформации, соответствующие средним или сильным разрушениям, при этом теряется их устойчивость.

Под радиусом функционирования Rф понимается такое расстояние от возможного центра взрыва до элемента объекта, при котором соответствует пределу устойчивости элемента.

Рис 6.1. Иллюстрация понятий «предел устойчивости» и «радиус безопасности (функционирования)»

Расчёт на опрокидывание вагона

Базовым элементом, с размещённым электрооборудованием является вагон метрополитена. Его основные параметры:

Масса: m=34 т

Габариты:

Длина l=19,21 м;

Высота от головки рельс h =3,7 м;

Высота кузова hк= 2,71 м;

Ширина a =2,66 м

Расчёт произведён в соответствие рекомендациями «Сборника методик, задач и справочных материалов по прогнозированию обстановки и защите в чрезвычайных ситуациях», при условии воздействия нагрузки на наибольшую сторону вагона.

Рис 6.2. Схема расчёта на опрокидывания вагона

Определим предельное значение давления скоростного напора воздуха

где: b=1,52 м — расстояние между колесами колесной пары, опирающихся на рельсы;

Сх=1,3 — коэффициент аэродинамического сопротивления;

— расстояние до центра тяжести;

— наибольшая площадь локомотива.

По графику определяем значение Δ , соответствующее рассчитанному по формуле 6.1 значению =2,02 кПа. Оно примерно равно 26кПа.

Рис 6.3. График зависимости ΔР _ск ⁼ ƒ(ΔР _ф).

Для определения радиуса безопасности строим график изменения избыточного давления в зависимости от расстояния до центра взрыва при заданной мощности ядерного боеприпаса q=300 кт при помощи таблицы 6.1.

Расстояние до эпицентра ядерного взрыва, км
1,73	1,83	1,93	2,1	2,3	2,7	3,1	3,6	4,65	7,4
Избыточное давление во фронте ударной волны, кПа

Таблица 6.1. Расстояние от эпицентра ядерного взрыва до точек с заданным избыточным давлением во фронте ударной волны, км при qн=300кт

 

Рис 6.4. График изменения избыточного давления в зависимости от расстояния до центра взрыва

По графику определяем радиус функционирования.

Он равен — R _ф =3900 м.