Характеристики воздействия природной среды представлены в табл. 1.
Техносфера представляет собой совокупность технических объектов, обладающих различными свойствами, в том числе, и различным количеством запасенной энергии.
Геофизические условия, с точки зрения динамики изменения влияющих факторов, могут рассматриваться как нормальные (штатные) и складывающиеся в результате чрезвычайных ситуаций.
Таблица 1
Результаты воздействия природной среды на объект
Эксплуатационным мероприятием, обеспечивающим сохранение свойств объекта в различных геофизических условиях, является поддержание температурно-влажностного режима.
Значительную угрозу для безопасности объекта представляют геофизические факторы вследствие чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера.
Чрезвычайные ситуации (ЧС) природного характера различаются как:
геологические: землетрясения, оползни, сели, извержения, лавины;
метеорологические: ураганы, бури, смерчи, грозы, паводки, цунами;
природные пожары: полевые, степные, торфяные, лесные, наземные и подземные пожары горючих ископаемых.
Основными видами НРВ при ЧС природного характера являются термические, механические и электромагнитные. Неблагоприятными факторами являются электрические разряды, элементы с высокой энергией, сейсмоволны, тепловые потоки.
ЧС техногенного характера весьма разнообразны. Наибольшую угрозу для безопасности объектов представляют катастрофы на транспорте, аварии коммунально-энергетических сетей, на ядерноопасных, радиационноопасных, пожаро- и взрывоопасных, гидродинамических и химических объектах.
Основными видами НРВ при ЧС техногенного характера являются термические и механические.
Таким образом, воздействие геофизических факторов окружающей среды может в значительной степени влиять на техническое состояние объекта и требует принятия комплекса мер.
1.3. Анализ инцидентов с объектами и их характеристик
Задачами анализа возможных инцидентов являются:
выявление перечня возможных инцидентов с объектом;
установление характеристик и последствий вероятных НРВ;
формирование исходных данных для задания требований.
Наиболее опасными инцидентами являются:
несанкционированные действия персонала;
преднамеренные поражающие воздействия;
крушение или авария транспортного средства;
разрушения, затопления и завалы;
удар молнии;
пожары транспортных средств;
попадание в зону техногенных или природных пожаров;
воздействия в результате разлития компонентов агрессивных химических сред;
попытки несанкционированных действий;
террористический акт.
При этом объект может подвергаться механическим, термическим, радиационным, химическим (агрессивных сред) и электромагнитным НРВ различного уровня и интенсивности. Характеристика сопровождающих инциденты воздействующих факторов приведена в таблице 2.
Таблица 2.
Характеристика воздействующих факторов при инцидентах
Поражающие НРВ являются вероятными событиями и обеспечение защиты от них одна из основных задач. При этом защита от поражающих воздействий является приоритетной задачей.
Вероятность попадания в ту или иную аварийную ситуацию, уровень аварийных воздействий, а также показатели стойкости к этим воздействиям для разных объектов различны.
Анализ статистики инцидентов показывает, что в более чем 99% случаев имеют место различные термические и механические нерегламентированные воздействия. Значительную потенциальную угрозу представляют и поражающие воздействия. Рассмотрим характеристики таких НРВ при различных инцидентах и проанализируем их предельные параметры.
1.3.1. Анализ характеристик термических нерегламентированных воздействий
Объекты могут подвергаться термическим воздействиям в результате различных пожаров, поражающих воздействий и др.
Результаты термических воздействий при пожарах зависят от уровня тепловых воздействий на объект, особенностей конкретного объекта, его состояния, использования ТСОБ. Например, наличие механических повреждений, трещин и т. п. может значительно влиять на характер пожара транспортного средства.
Уровень теплового воздействия на объект зависит от температуры источника и среды распространения тепла, расстояния до источника, продолжительности передачи тепла, теплозащитных свойств [25].
Пожары можно разделить на:
а) внутренние:
пожары транспортных средств;
пожары в замкнутых помещениях.
б) внешние:
лесные, степные, торфяные и прочие природные пожары;
техногенные пожары вследствие разлития или разброса горючих материалов (нефти, топлива и пр.) и др.
Внутренние пожары характеризуются относительной изоляцией очага горения от внешней среды, внешние незамкнутым объемом пожара и интенсивным теплогазообменом с окружающей средой.
Основными параметрами внутренних пожаров являются длительность, среднеобъемная температура, состояние газовой среды, внешних длительность, температура в очаге (факела) и интенсивность теплообмена. По характеру термических воздействий пожары можно разделить на интенсивные и неинтенсивные, высокотемпературные и низкотемпературные.
Оценка термических НРВ на объект базируется на определении времени достижения пороговых температур на критических узлах.
При нагреве могут иметь место физические процессы, способные приводить к выходу из строя элементов объекта. К таким процессам относятся термодеструкция, «вырождение» теплофизических свойств при длительных медленных нагревах, частичное разложение компонентов и др. Качественная оценка низкотемпературных воздействий связана с определением времени наступления необратимых изменений в элементах объекта применительно к определению уровня тепловых воздействий.
1.3.2. Анализ характеристик механических нерегламентированных воздействий
Нерегламентированные механические воздействия на объект приводят к следующим последствиям:
повреждениям;
деформациям.
Механические воздействия по динамике и характеру воздействия можно разделить на динамические (перегрузки, вибрации, пробития, прострелы и пр.) и статические (сдавливающие нагрузки, механические моменты и др.) [18].
Важнейшей характеристикой, по которой оцениваются динамические механические воздействия, является перегрузка на элементах объекта. Наиболее значительные перегрузки на элементах объекта реализуются при ударах в результате транспортных аварий и, например, падений с высоты транспортных средств.
а) Анализ механических НРВ аварий на транспорте.
Модели транспортных аварий, задаваемые скоростью столкновения, скоростью и высотой опрокидывания, сводятся, в конечном итоге, к удару транспортных средств о ту или иную преграду. Механические НРВ при этом определяется ударными перегрузками.
При транспортных авариях значительная часть энергии удара транспортного средства о препятствие расходуется на деформацию транспортного средства.
При столкновении и опрокидывании (сходе с рельсов) железнодорожных сцепок и автотранспорта перегрузки составляют десятки единиц. При опрокидывании транспортных средств имеют место перегрузки, немногим меньшие, чем при столкновении.
При транспортных авариях объект может получить значительные механические повреждения.
При условии движения с предельными скоростями [4], установленными на транспорте, и характеристиками транспортных средств, возможны следующие скорости столкновений транспортных средств: корабль-корабль до 110 км/ч; автотранспорт до 120 км/ч; железнодорожный до 240 км/ч.
Имеющиеся экспериментальные данные по моделированию автомобильных и железнодорожных аварий показывают, что перегрузки, фактически реализующиеся на транспортных средствах, находятся в пределах запаса конструкционной прочности, однако столкновения и опрокидывания транспортных средств могут сопровождаться механическим повреждением.
б) Анализ механических НРВ при падении.
При падении с различных высот на различные подстилающие поверхности значения перегрузок на корпусе составляют [4]:
при падении с высот 1,53 м в пределах сотен ед.;
значения перегрузок при падении с высоты 10 м в пределах нескольких тысяч единиц.
Однако, могут быть реализованы значительно большие высоты падения до 15 м. Например, при падении на твердые подстилающие поверхности с железнодорожной платформы, с моста, в различных условиях. При этом скорость соударения будет превышать 17 м/с.